КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E04C3/00 E04H12/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к трехмерному несущему конструктивному элементу, имеющему повышенную несущую способность на единицу массы. Более конкретно, настоящее изобретение относится к несущему конструктивному элементу, имеющему множество спиральных компонентов, обернутых вокруг продольной оси, причем эти компоненты имеют прямолинейные участки, которые непрерывно жестко соединены между собой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время осуществляется постоянный поиск в области создания эффективных конструкций для возведения зрелищно-спортивных сооружений с центральной ареной, а также для создания механических устройств и аэрокосмических объектов. Эффективная шпренгельная конструкция является конструкцией, которая имеет высокую удельную прочность и/или высокую удельную жесткость. Эффективная шпренгельная конструкция может также быть представлена как конструкция, которая имеет относительно невысокую стоимость, простоту в производстве и сборке и не приводит к бесполезному расходу материалов.

Фермы, как правило, являются стационарно полностью напряженными конструкциями, предназначенными для несения нагрузок. Они состоят из прямолинейных элементов, имеющих соединения на конце каждого элемента. Эти элементы являются двухсильными, реакции которых направлены вдоль элемента. В двухсильных элементах могут возникать только аксиальные усилия, например силы растяжения и сжатия. Фермы часто применяют в строительстве мостов и зданий. Фермы предназначены для того, чтобы нести нагрузки, действующие в плоскости фермы. По этой причине фермы часто рассматривают и анализируют как двумерные конструкции. Простейшая двумерная ферма состоит из трех элементов, соединенных на их концах для образования треугольника. Более крупная конструкция может быть получена путем последовательного добавления к этой простой конструкции двух элементов и нового соединения.

Простейшая трехмерная конструкция состоит из шести элементов, соединенных на их концах для образования тетраэдра. Более крупная конструкция может быть получена путем последовательного добавления трех элементов к тетраэдру и нового соединения. Такая трехмерная конструкция известна как пространственная ферма.

Рамы в противоположность фермам также, как правило, являются стационарно полностью напряженными конструкциями, но имеют по меньшей мере один многосильный элемент с реакцией, которая не направлена вдоль элемента. Машины являются конструкциями, содержащими подвижные детали, предназначенные для передачи и видоизменения сил. Машины как и рамы содержат по меньшей мере один многосильный элемент. В многосильном элементе может возникать не только растягивающее и сжимающее усилия, но также срезающее и изгибающее усилия.

Традиционные строительные конструкции были ограничены одномерным или двумерным анализами сопротивления одному типу нагрузки. Например, двутавровая балка оптимизирована для сопротивления изгибу, а трубы оптимизированы для сопротивления скручиванию. Ограничение анализа конструкции двумя направлениями упрощает процесс конструирования, но не учитывает сложные нагрузки. Трехмерный анализ вызывает затруднение вследствие трудности осмысления и расчета трехмерных нагрузок и конструкций. Многие конструкции в практических случаях применения должны быть способными выдерживать сложные нагрузки. В настоящее время для моделирования более сложных конструкций используют компьютеры.

Конструкции на основе прогрессивных композиционных материалов нашли использование во многих случаях применения в течение последних двадцати лет. Типичный прогрессивный композиционный материал состоит из связующего материала, армированного непрерывными высокопрочными и строго ориентированными волокнами. Волокна могут быть ориентированы так, чтобы получить предпочтительные прочность и жесткость в требуемых направлениях и плоскостях. Правильно разработанная конструкция на основе композиционного материала имеет несколько преимуществ перед аналогичными металлическими конструкциями. Композиционный материал может иметь значительно более высокие удельные прочность и жесткость, приводя, таким образом, в результате к получению более легких конструкций. Способы изготовления, например, путем намотки волокна, применяемые для создания конструкции, например резервуара или колонны, являются намного более производительными, чем способы реализации аналогичных конструкций из металла. Элемент, выполненный на основе композиционного материала, может, как правило, заменить несколько металлических элементов, благодаря преимуществам в технологической гибкости изготовления.

В патенте США N 4137354, выданном 30 января 1979 года Майесу и др., описана цилиндрическая "изорешетчатая" конструкция, имеющая периодический изометрический треугольник, образованный посредством аксиальной и спиральной намотки волокон. Однако решетка имеет трубчатую конфигурацию, вместо того, чтобы быть плоской или прямолинейной. Другими словами, элементы изогнуты. Это уменьшает прочность элементов при продольном изгибе по сравнению с прямолинейным элементом.

По этой причине было бы предпочтительно разработать конструктивный элемент, имеющий повышенную несущую способность на единицу массы и способность выдерживать сложные нагрузки.

ЗАДАЧИ И СУЩНОСТЬ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения трехмерного конструктивного элемента, имеющего повышенную несущую способность на единицу массы.

Другой задачей настоящего изобретения является получение конструктивного элемента, способного выдерживать сложные нагрузки.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является получение конструктивного элемента, пригодного для армирования бетона.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание конструктивного элемента, пригодного для использования в строительстве, например, в виде балок, консолей, опор, колонн, пролетных строений и так далее.

Помимо этого, задачей настоящего изобретения является получение конструктивного элемента, пригодного для использования в архитектуре.

Другой задачей настоящего изобретения является получение конструктивного элемента, пригодного для применения в механических устройствах, например, для изготовления приводных валов.

Эти и другие задачи и преимущества настоящего изобретения реализованы в виде конструктивного элемента, содержащего множество спиральных компонентов, обернутых вокруг продольной оси, и способа его образования. Спиральные компоненты имеют прямолинейные участки, которые непрерывно жестко соединены друг с другом, образуя спиральную конфигурацию.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения конструктивный элемент с повышенной несущей способностью на единицу массы содержит по меньшей мере два спиральных компонента, каждый из которых имеет по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральной конфигурации, по меньшей мере два спиральных компонента имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось и отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии, по меньшей мере каждый из двух спиральных компонентов имеет непрерывные нити волокна, и по меньшей мере один обратный спиральный компонент, имеющий по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральную конфигурацию, аналогичную спиральной конфигурации по меньшей мере двух спиральных компонентов, и имеющий общую продольную ось с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, но противоположную угловую ориентацию, причем по меньшей мере один обратный спиральный компонент имеет непрерывные нити волокна, при этом конструктивный элемент также содержит средство для соединения по меньшей мере двух спиральных компонентов с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом в местах пересечения, предусматривающее перекрытие волокон спиральных компонентов и волокон обратных спиральных компонентов в связующем материале, причем по меньшей мере два спиральных компонента и по меньшей мере один обратный спиральный компонент выполнены с образованием полой внутренней области, по существу не содержащей материала, и с образованием отверстия между ними.

Конструктивный элемент может дополнительно содержать по меньшей мере один аксиальный элемент, соединенный по меньшей мере с двумя спиральными компонентами и по меньшей мере с одним обратным спиральным компонентом и проходящий по существу параллельно продольной оси, при этом аксиальный элемент соединен по меньшей мере с двумя спиральными компонентами и по меньшей мере с одним обратным спиральным компонентом во внешних или внутренних узлах.

Конструктивный элемент может дополнительно содержать также по меньшей мере один дополнительный элемент, соединенный со смежными узлами, являющийся внешним элементом, соединенным с двумя узлами и проходящим в плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси, или диагональным внешним элементом, соединенным с двумя узлами и ориентированным под углом относительно продольной оси.

Средство для соединения спиральных компонентов и обратного спирального компонента включает в себя соединители, имеющие гнезда, расположенные и ориентированные с возможностью установки в них концов компонентов.

Участки по меньшей мере двух спиральных компонентов и по меньшей мере одного обратного спирального компонента образуют воображаемый трубчатый элемент, имеющий треугольное или многогранное поперечное сечение.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения конструктивный элемент, содержащий по меньшей мере два спиральных компонента и по меньшей мере один обратный спиральный компонент, аналогичные описанным выше, и средство для соединения по меньшей мере двух спиральных компонентов с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом в местах пересечения, содержит также по меньшей мере два повернутых спиральных компонента, каждый из которых имеет по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральной конфигурации, по меньшей мере два повернутых спиральных компонента имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось поворота и отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии, при этом участки по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов повернуты относительно участков по меньшей мере двух спиральных компонентов, по меньшей мере один повернутый обратный спиральный компонент, имеющий по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральную конфигурацию, аналогичную спиральной конфигурации по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов, и имеющий общую продольную ось поворота с по меньшей мере двумя повернутыми спиральными компонентами, но противоположную угловую ориентацию, причем участки по меньшей мере одного повернутого обратного спирального компонента повернуты относительно участков по меньшей мере одного обратного спирального компонента, и средство для соединения по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов и по меньшей мере одного повернутого обратного спирального компонента с по меньшей мере двумя спиральными компонентами и с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом в местах пересечения.

Данный конструктивный элемент может также дополнительно содержать по меньшей мере один аксиальный элемент, соединенный с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом, с по меньшей мере двумя повернутыми спиральными компонентами и с по меньшей мере одним повернутым обратным спиральным компонентом, причем по меньшей мере один аксиальный элемент проходит по существу параллельно продольной оси поворота и соединен с указанными спиральными компонентами во внешних или внутренних узлах.

Указанные продольная ось и продольная ось поворота являются концентрическими, а участки по меньшей мере двух спиральных компонентов, по меньшей мере одного обратного спирального компонента, по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов и по меньшей мере одного повернутого обратного спирального компонента образуют воображаемый трубчатый элемент, имеющий поперечное сечение в форме шестиконечной звезды или в форме двух многогранников, имеющих общую продольную ось, но повернутых один относительно другого.

В другом варианте продольная ось и продольная ось поворота являются концентрическими, а участки компонентов пересекаются на конце участков с образованием внешних узлов, участки расположены в множестве плоскостей, проходящих между выбранными внешними узлами и параллельных продольной оси и продольной оси поворота, три плоскости из множества плоскостей ориентированы с образованием первого воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение, а другие три из множества плоскостей ориентированы с образованием второго воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение, при этом второй воображаемый трубчатый элемент повернут вокруг общей оси относительно первого воображаемого трубчатого элемента.

Продольная ось и продольная ось поворота могут быть параллельны между собой и отстоять друг от друга, при этом участки компонентов пересекаются на конце участков с образованием внешних узлов, участки расположены в множестве плоскостей, проходящих между выбранными внешними узлами и параллельных продольной оси и продольной оси поворота, три плоскости из множества плоскостей ориентированы относительно продольной оси с образованием первого воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение, а другие три из множества плоскостей ориентированы относительно продольной оси поворота с образованием второго воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение.

Когда компоненты представляют собой волокно в связующем материале, средство для соединения спирального компонента и обратного спирального компонента включает в себя перекрывающиеся волокна спиральных компонентов и волокна обратных спиральных компонентов в связующем материале.

В другом предпочтительном варианте осуществления, соответствующем настоящему изобретению, конструктивный элемент имеет по меньшей мере двенадцать спиральных компонентов. По меньшей мере три спиральных компонента обернуты вокруг оси в одном направлении, тогда как другие по меньшей мере три обратных спиральных компонента обернуты в противоположном направлении. Первые по меньшей мере три спиральных компонента имеют одну угловую ориентацию и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии. Обратные спиральные компоненты расположены аналогично, но имеют противоположную угловую ориентацию. Компоненты пересекаются во внешних узлах на внешней стороне конструктивного элемента и во внутренних узлах. На виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси проекция прямолинейных участков спиральных компонентов имеет форму треугольника. Остальные шесть компонентов расположены как первые шесть компонентов, но повернуты относительно первых шести спиральных компонентов. На виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси он имеет проекцию в форме двух треугольников, причем один треугольник повернут относительно другого, или в форме шестиугольной звезды. Конструктивный элемент выглядит также как множество треугольников, отстоящих от оси по внешней стороне элемента и образующих многогранник на внутренней стороне элемента. Компоненты пересекаются для образования внешних и внутренних узлов. В этом варианте осуществления настоящего изобретения все компоненты имеют общую ось.

К этой конструкции также могут быть добавлены дополнительные элементы. Внутренние аксиальные элементы пересекают компоненты во внутренних узлах и проходят параллельно оси. Внешние аксиальные элементы пересекают компоненты во внешних узлах и также проходят параллельно оси. Внешние элементы проходят между смежными внешними узлами перпендикулярно оси. Диагональные внешние элементы проходят между внешними узлами под углами относительно оси.

В другом предпочтительном варианте осуществления три прямолинейных участка образованы как спиральный компонент и делают один оборот вокруг оси, образуя, таким образом, треугольную проекцию на виде с торца конструктивного элемента или вдоль его оси. В альтернативном варианте спиральные компоненты могут образовывать дополнительные участки и другие многогранные проекции на виде с торца конструктивного элемента или вдоль его оси. В одном альтернативном варианте осуществления двадцать четыре спиральных компонента на виде с торца конструктивного элемента или вдоль его оси дают проекцию в форме двух шестиугольников, причем один повернут относительно другого. Шесть спиральных компонентов обернуты вокруг оси в одном направлении, тогда как шесть других обратных спиральных компонентов обернуты в другом направлении. Остальные двенадцать компонентов имеют аналогичную конфигурацию, но только повернуты относительно первых двенадцати.

В другом альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения балочный элемент имеет аналогичную конфигурацию, что и предпочтительный вариант осуществления, но ось первых шести компонентов смещена от оси других шести компонентов.

Хотя конструктивный элемент может быть изготовлен из любого материала, спиральная конфигурация хорошо пригодна для конструкции на основе композиционного материала. Волокна могут быть намотаны на оправку, согласуясь в общем со спиральными конфигурациями конструктивного элемента, и помещены в связующем материале. Это увеличивает прочность конструктивного элемента, поскольку участки компонента образованы из непрерывного волокна.

Два или более конструктивных элементов могут быть соединены в узлах. Кроме того, конструктивный элемент может быть покрыт каким-либо материалом для создания внешнего вида массивной конструкции или для защиты элемента или его содержимого.

Настоящее изобретение предусматривает также способ образования конструктивного элемента с повышенной несущей способностью на единицу массы, предусматривающий получение оправки, намотку на оправку волокна для создания по меньшей мере двух спиральных компонентов, каждый из которых имеет по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, по меньшей мере два спиральных компонента имеют одну общую угловую ориентацию, общую продольную ось и отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии, намотку на оправку волокна для создания по меньшей мере одного обратного спирального компонента, имеющего по меньшей мере три подобных удлиненных прямолинейных участка и имеющего общую ось с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, но противоположную угловую ориентацию, нанесение связующего материала на волокно и отверждение связующего материала.

Эти и другие задачи, элементы, преимущества и альтернативные аспекты настоящего изобретения станут очевидными для квалифицированного в этой области техники специалиста из следующего подробного описания, сделанного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - изометрическое изображение предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 2 - вид с торца предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 3 - вид спереди предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 4 - вид сбоку предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 5 - вид спереди предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению, с выделенным одним спиральным компонентом.

Фиг. 6 - вид сбоку предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению, с выделенным одним спиральным компонентом.

Фиг. 7 - изометрическое изображение базовой конструкции предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 8 - изометрическое изображение базовой конструкции предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению, имеющего дополнительный спиральный компонент.

Фиг. 9 - изометрическое изображение предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению, имеющего три спиральных компонента и один выделенный обратный спиральный компонент.

Фиг. 10 - изометрическое изображение альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 11 - вид сбоку альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 12 - изометрическое изображение альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 13 - вид с торца альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 14 - изометрическое изображение альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 15 - изометрическое изображение другого варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 16 - изометрическое изображение другого варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 17 - изометрическое изображение другого варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 18 - вид с торца альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 19 - изометрическое изображение альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 20 - вид с торца альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 21 - изометрическое изображение двух конструктивных элементов предпочтительного варианта осуществления, соответствующего настоящему изобретению, соединенных вместе.

Фиг. 22 - вид сбоку двух конструктивных элементов предпочтительного варианта осуществления, соответствующего настоящему изобретению, соединенных вместе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено подробное описание различных элементов настоящего изобретения, сделанное со ссылкой на сопроводительные чертежи, в котором настоящее изобретение описано для обеспечения возможности его практического применения так, чтобы сделать его понятным специалистам, квалифицированным в этой области техники.

На фиг. 1- 4 конструктивный элемент 10 показан в предпочтительном варианте осуществления. Конструктивный элемент 10 представляет собой трехмерную ферму или пространственную раму. Конструктивный элемент 10 композиционно представляет собой множество элементов или компонентов 12, расположенных в периодической конфигурации вдоль продольной оси 14 конструктивного элемента 10.

Два или более отдельных элементов 12 соединяются или пересекаются в соединениях 16. Элементы 12 могут быть жестко соединены, гибко соединены или только пересекаться в соединениях 16. Узел образуется там, где соединены пересекающиеся элементы. Внешний узел 18 образован там, где пресекающиеся элементы 12 встречаются на внешней стороне конструктивного элемента 10. Внутренний узел 20 образован там, где пересекающиеся элементы 12 встречаются на внутренней стороне конструктивного элемента 10.

Пролет 22 образован периодическим элементом или конфигурацией и измеряется в направлении продольной оси 14. Пролет 22 имеет одну конфигурацию, образованную элементами 12. Конструктивный элемент 10 может содержать любое число пролетов 22. Кроме того, длина пролета 22 может изменяться.

Внутренний угол 24 образован плоскостью, образованной двумя соответствующими элементами 12 тетраэдра, и плоскостью, образованной противоположными элементами того же тетраэдра.

Строение и геометрия предпочтительного варианта осуществления конструктивного элемента 10 может быть описана многими способами. Периодическая конфигурация может быть описана как ряд треугольников или тетраэдров. Треугольники и тетраэдры имеют разные размеры, причем меньшие треугольники и тетраэдры расположены в промежутках между большими треугольниками и тетраэдрами.

В предпочтительном варианте осуществления конструктивного элемента 10 треугольники и тетраэдры образованы плоскостями, имеющими внутренний угол 60^o. Внутренний угол может изменяться в зависимости от случая применения. Представляется, что внутренний угол 60^o является оптимальным для сопротивления сложным нагрузкам. Представляется также, что внутренний угол 45^o хорошо подходит для того, чтобы выдерживать скручивающие нагрузки.

Конструктивный элемент 10 предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения может быть представлен как два наложенных друг на друга воображаемых трубчатых элемента треугольного поперечного сечения для образования одной воображаемой трубы, имеющей поперечное сечение в форме шестиугольной звезды, как показано на фиг. 2. На виде с торца или вдоль продольной оси 14 конструктивный элемент 10 может быть представлен множеством треугольников, отстоящих друг от друга вдоль оси 14 и ориентированных по периметру для образования воображаемого трубчатого элемента, имеющего многогранное поперечное сечение во внутренней части конструктивного элемента 10. В случае предпочтительного варианта осуществления шесть равносторонних треугольников отстоят друг от друга вокруг продольной оси для образования воображаемого трубчатого элемента, имеющего шестиугольное поперечное сечение во внутренней части конструктивного элемента 10.

Кроме того, на виде с торца конструктивного элемента или вдоль продольной оси 14 можно определить шесть плоскостей, которые параллельны оси 14. Эти плоскости проходят между характерными внешними узлами 18 в конфигурации, имеющей форму шестиугольной звезды. Эти плоскости ориентированы вокруг оси 14 с интервалами 60^o.

Кроме того, в пролете 22 образовано кольцо треугольных решеток, которые, как представляется, обеспечивают конструкции высокую прочность. Это кольцо треугольных решеток окружает внутреннюю часть конструктивного элемента 10 в центре пролета, как показано на фиг. 1, 3 и 4. Представляется, что высокая прочность обеспечивается вследствие большего числа соединений.

Кроме того, конструктивный элемент 10 предпочтительного варианта осуществления может быть представлен и описан как множество спиральных компонентов 30, обернутых вокруг продольной оси 14 и имеющих прямолинейные участки 32, образующие элементы 12 конструктивного элемента 10. На фиг. 5 и фиг. 6 один спиральный компонент 30 показан выделенным. Спиральный компонент 30 образует по меньшей мере три прямолинейных участка 32 при обертывании вокруг оси 14. Спиральный компонент 30 может продолжаться сколь угодно, образуя любое число прямолинейных участков 32. Прямолинейные участки 32 ориентированы под углом к оси 14. Прямолинейные участки 32 жестко непрерывно соединены в спиральной конфигурации.

Как показано на фиг. 7, базовая конструкция 40 конструктивного элемента 10 предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения имеет по меньшей мере два спиральных компонента 42 и по меньшей мере один обратный спиральный компонент 44, обернутый вокруг оси 14. Спиральные компоненты 42 обернуты вокруг оси 14 в одном направлении, например в направлении движения по часовой стрелке, тогда как обратный спиральный компонент 44 обернут вокруг оси 14 в противоположном направлении, например в направлении движения против часовой стрелки. Каждый спиральный компонент 42 и 44 образует прямолинейные участки 32. Прямолинейные участки спиральных компонентов 42 имеют общую угловую ориентацию и общую ось 14. Прямолинейные участки обратного спирального компонента 44 имеют аналогичную спиральную конфигурацию, что и участки спиральных компонентов 42, но противоположной угловой ориентации. Эта базовая конструкция 40 на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 имеет проекцию как у воображаемого трубчатого элемента с треугольным поперечным сечением.

Обратный спиральный компонент 44 пересекает два спиральных компонента 42 во внешних узлах 18 и внутренних узлах 20. В предпочтительном варианте осуществления внешние и внутренние узлы 18 и 20, соответственно, образуют жесткие соединения или жестко соединены.

Как показано на фиг. 8, основанная на базовой конструкции 40, иллюстрируемой на фиг. 7, увеличенная базовая конструкция 50 конструктивного элемента 10 имеет три спиральных компонента 42 и по меньшей мере один обратный спиральный компонент 44. Прямолинейные участки 32 трех спиральных компонентов 42 имеют общую угловую ориентацию, общую ось 14 и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии. На фиг. 9 эта увеличенная базовая конструкция 50, состоящая из трех спиральных компонентов 42 и одного обратного спирального компонента 44, показана выделенной на конструктивном элементе 10 предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Как иллюстрируется на фиг. 1, в предпочтительном варианте осуществления конструктивный элемент 10 имеет множество спиральных компонентов 60: три спиральных компонента 62, три обратных спиральных компонента 64, три повернутых спиральных компонента 66 и три обратных повернутых спиральных компонента 68. Таким образом, конструктивный элемент 10 в предпочтительном варианте осуществления имеет в общем двенадцать спиральных компонентов 60.

Как описано выше, прямолинейные участки трех спиральных компонентов 62 имеют общую угловую ориентацию, общую ось 14 и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии. Аналогичным образом, участки трех обратных спиральных компонентов 64 имеют общую угловую ориентацию, общую ось 14 и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии. Но прямолинейные участки трех обратных спиральных компонентов 64 имеют противоположную угловую ориентацию, чем прямолинейные участки трех спиральных компонентов 62. И в этом случае, на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 он имеет проекцию как у воображаемого трубчатого элемента с треугольным поперечным сечением, как показано на фиг. 2.

Прямолинейные участки трех повернутых спиральных компонентов 66 имеют общую угловую ориентацию, общую ось 14 и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии, как и прямолинейные участки спиральных компонентов 62. Прямолинейные участки трех повернутых обратных спиральных компонентов 68 имеют общую угловую ориентацию, общую ось 14 и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии, как и прямолинейные участки обратных спиральных компонентов 64. Но прямолинейные участки трех повернутых обратных спиральных компонентов 68 имеют противоположную угловую ориентацию, чем прямолинейные участки трех повернутых спиральных компонентов 66.

Повернутые спиральные компоненты 66 и повернутые обратные спиральные компоненты 68 повернуты относительно спиральных компонентов 62 и обратных спиральных компонентов 64. Другими словами, на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 он имеет проекцию как у воображаемого трубчатого элемента с треугольным поперечным сечением, но повернутого относительно воображаемого трубчатого элемента, образованного спиральными и обратными спиральными компонентами 62 и 64, как показано на фиг. 2. Вместе спиральные, обратные спиральные, повернутые спиральные и повернутые обратные спиральные компоненты на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 имеют проекцию как у воображаемого трубчатого элемента с поперечным сечением в форме шестиугольной звезды, как показано на фиг. 2.

Спиральные компоненты 62 пересекаются с обратными спиральными компонентами 64 во внешних узлах 18. Аналогичным образом, повернутые спиральные компоненты 66 пересекаются с повернутыми обратными спиральными компонентами 68 во внешних узлах 18.

Спиральные компоненты 62 пересекаются с повернутыми обратными спиральными компонентами 68 во внутренних узлах 20. Аналогичным образом, повернутые спиральные компоненты 66 пересекаются с обратными спиральными компонентами 64 во внутренних узлах 20.

Спиральные компоненты 62 и повернутые спиральные компоненты 66 не пересекаются. Подобно им не пересекаются обратные спиральные компоненты 64 и повернутые обратные спиральные компоненты 68.

Помимо множества спиральных компонентов 60 предпочтительный вариант осуществления конструктивного элемента 10 имеет также шесть внутренних аксиальных элементов 70, расположенных внутри конструктивного элемента 10 и пересекающих множество спиральных компонентов 60 во внутренних узлах 20. Аксиальные элементы 70 параллельны продольной оси 14.

Обратные спиральные компоненты 64 пересекаются со спиральными компонентами 62 во внешних узлах 18, и повернутые обратные спиральные компоненты 68 пересекаются с повернутыми спиральными компонентами 66 во внешних узлах 18. Внешние узлы 18 на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 образуют вершины углов шестиугольной звезды, как показано на фиг. 2.

Обратные спиральные компоненты 64 пересекаются с повернутыми спиральными компонентами 66 во внутренних узлах 20, и повернутые обратные спиральные компоненты 68 пересекаются со спиральными компонентами 62 во внутренних узлах 20. Эти внутренние узлы 20 на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 образуют вершины углов шестиугольника, как показано на фиг. 2.

В предпочтительном варианте осуществления внешние и внутренние узлы 18 и 20, соответственно, образуют жесткие соединения или компоненты жестко соединены вместе. Помимо этого, аксиальные элементы 70 жестко соединены с компонентами во внутренних узлах 20. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения компоненты выполнены из композиционного материала. Спиральная конфигурация конструктивного элемента 10 делает его особенно хорошо пригодным для конструкции, полученной на основе композиционного материала. Компоненты соединяются вместе, когда волокна различных компонентов перекрывают друг друга. Волокна могут быть намотаны в виде спиральной конфигурации вокруг оправки, соответствующей спиральной конфигурации компонента. Это обеспечивает получение высокой прочности, поскольку участки компонента образованы непрерывными нитями волокна, например стекловолокна, углеродных волокон, волокон из бора или Кевлара, в связующем материале, например в эпоксидном или винильном сложном эфире.

В альтернативном варианте осуществления конструктивный элемент 10 может быть получен из любого пригодного материала, например древесины, металла, пластика, керамики и других материалов. Элементы конструктивного элемента могут состоять из деталей заводского изготовления, которые соединяют вместе соединителями в узлах 18. Соединитель имеет углубления, образованные для установки элементов. Углубления ориентированы так, чтобы получить требуемую геометрию конструктивного элемента 10.

Благодаря введению дополнительных элементов, базовая конструкция 40 конструктивного элемента 10 предпочтительного варианта осуществления может иметь несколько альтернативных вариантов осуществления. Как следует из фиг. 10 и фиг. 11, внешние аксиальные элементы могут также быть расположены на внешней стороне конструктивного элемента 10 и пересекать множество спиральных компонентов 60 во внешних узлах 18. Аксиальные элементы 72 параллельны продольной оси 14. Как следует из фиг. 12 и фиг. 13, внешний элемент 74 может быть расположен на внешней стороне между узлами 18, которые лежат в плоскости, перпендикулярной продольной оси 14. Внешние элементы 74 образуют многогранник на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14, как показано на фиг. 13.

Как следует из фиг. 14, диагональные внешние элементы 76 могут быть расположены по внешней стороне конструктивного элемента 10 между узлами 18 под углом к продольной оси 14. Эти диагональные внешние элементы 76 могут быть образованы участками дополнительных спиральных компонентов, обернутых вокруг внешней стороны множества спиральных компонентов 60. Диагональные внешние элементы 76 могут проходить между смежными узлами 18, как показано на фиг. 14, или проходить к чередующимся узлам 18, как показано на фиг. 15.

Как иллюстрируется на фиг. 16, может быть скомбинировано множество дополнительных элементов, например внутренних и внешних аксиальных элементов 70 и 72, соответственно внешних элементов 74 и диагональных внешних элементов 76.

Безусловно очевидным является то, что дополнительные элементы могут проходить между внутренними узлами 20, а также внешними узлами 18.

На фиг. 17 и фиг. 18 иллюстрируется альтернативный вариант осуществления балочного элемента 80. Этот вариант осуществления аналогичен предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения в том отношении, что элемент 80 имеет по меньшей мере три спиральных компонента, 82, по меньшей мере три обратных спиральных компонента 84, по меньшей мере три повернутых спиральных компонента 86 и по меньшей мере три повернутых обратных спиральных компонента 88. Таким образом, элемент 80 имеет всего по меньшей мере двенадцать спиральных компонентов.

Прямолинейные участки трех спиральных компонентов 82 имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось 90 и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии. Аналогичным образом, участки трех обратных спиральных компонентов 84 имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось 90 и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии. Но прямолинейные участки трех обратных спиральных компонентов 84 имеют противоположную угловую ориентацию, чем угловая ориентация прямолинейных участков трех спиральных компонентов 82. И в этом случае, на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 он имеет проекцию, как у воображаемого трубчатого элемента с треугольной формой поперечного сечения.

Прямолинейные участки трех повернутых спиральных компонентов 86 имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось 92 поворота и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии, как и прямолинейные участки спиральных компонентов 82. Прямолинейные участки трех повернутых обратных спиральных компонентов 88 имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось 92 поворота и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии, аналогично прямолинейным участкам обратных спиральных компонентов 84. Но прямолинейные участки трех повернутых обратных спиральных компонентов 88 имеют противоположную угловую ориентацию, чем угловая ориентация прямолинейных участков трех повернутых спиральных компонентов 86.

Повернутые спиральные компоненты 86 и повернутые обратные спиральные компоненты 88 повернуты относительно спиральных компонентов 82 и обратных спиральных компонентов 84. Другими словами, на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 они имеют проекцию, как у воображаемого трубчатого элемента, но повернутого относительно воображаемого трубчатого элемента, образованного спиральными и обратными компонентами 82 и 84 соответственно.

Однако в этом варианте осуществления балочный элемент 80 получен смещением продольной оси 90 спиральных и обратных спиральных компонентов 82 и 84 соответственно от оси 14 элемента и смещением продольной оси 92 поворота повернутых спиральных компонентов и повернутых обратных спиральных компонентов 86 и 88 соответственно от оси 14 элемента в направлении, противоположном смещению оси 90 спиральных и обратных спиральных компонентов 82 и 84 соответственно. Другими словами, балочный элемент 80 на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 имеет проекцию, как у воображаемого трубчатого элемента с поперечным сечением, как показано на фиг. 18.

На фиг. 19 и фиг. 20 иллюстрируется альтернативный вариант осуществления балочного элемента 100. Этот вариант осуществления аналогичен предпочтительному варианту осуществления в том отношении, что элемент имеет множество спиральных компонентов 102: шесть спиральных компонентов, шесть обратных спиральных компонентов, шесть повернутых спиральных компонентов и шесть повернутых обратных спиральных компонентов. Таким образом, элемент имеет в общем двадцать четыре спиральных компонента.

Когда множество спиральных компонентов 102 обернуто вокруг продольной оси 14, спиральные компоненты образуют шесть прямолинейных участка в этом варианте осуществления изобретения, в противоположность трем прямолинейных участкам в предпочтительном варианте осуществления. Этот конструктивный элемент 100 на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси 14 имеет проекцию как у двух воображаемых трубчатых элемента, имеющих шестиугольное поперечное сечение, причем один шестиугольник повернут относительно другого, или как у воображаемого трубчатого элемента, имеющего поперечное сечение в форме двенадцатиугольной звезды, как показано на фиг. 20. Как и в предпочтительном варианте осуществления, любое число дополнительных элементов может быть добавлено в различные конфигурации, включая внутренние и внешние аксиальные элементы, радиальные элементы и диагональные радиальные элементы.

Во всех вариантах осуществления конструктивный элемент получают с внутренней областью, которая в значительной степени свободна от материала, при сохранении значительных свойств конструкции. Конструктивный элемент может эффективно выдерживать аксиальные, скручивающие и изгибающие нагрузки. Такая способность выдерживать различные типы нагрузок делает конструктивный элемент идеальным для многих случаев применения, характеризующихся наличием сложных и динамических нагрузок, например, в ветроэнергетической установке. Кроме того, небольшая масса делает его идеальным для других случаев применения, где важны небольшая масса и прочность, например в конструкциях самолетов и аэрокосмических аппаратов.

Открытая конструкция делает конструктивный элемент хорошо пригодным для случаев применения, где требуется небольшое аэродинамическое сопротивление.

Геометрия конструктивного элемента делает его пригодным для космических конструкций. Конструктивный элемент может быть предусмотрен с нежесткими связями так, чтобы элемент мог складываться для транспортировки и раскладываться для применения.

Конструктивный элемент может быть также использован для армирования бетона путем внедрения элемента в бетон. Вследствие открытой конструкции жидкий бетон свободно проходит через конструкцию. Способность выдерживать сложные нагрузки позволит более эффективно конструировать бетонные колонны и балки.

Внешний вид конструктивного элемента допускает его применение в архитектуре. Конструктивный элемент имеет высокотехнологичную и пространственную конфигурацию.

Конструктивный элемент может быть также применен в производстве механических устройств. Элемент может быть использован как приводной вал, вследствие его высокого сопротивления скручиванию.

Конструктивный элемент может быть также обернут оболочкой, для того чтобы придать ему массивный вид. Одна такая оболочка может быть выполнена из металла, покрытого Майларом. Эта оболочка может быть предназначена для придания элементу требуемого внешнего вида или для защиты компонентов и объектов, установленных в элементе, например трубопровода, коробов, осветительных и других электрических компонентов.

Как показано на фиг. 21 и фиг. 22, два конструктивных элемента 10 предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения могут быть соединены друг с другом для образования требуемой конструкции. Если два конструктивных элемента 10 соединены так, чтобы оси 14 были перпендикулярны, то внешние узлы 18 одного конструктивного элемента 10 могут быть присоединены к внешним узлам 18 другого конструктивного элемента 10.

Квалифицированным в этой области специалистам должно быть очевидным, что описанные варианты осуществления настоящего изобретения являются только иллюстративными и что могут быть сделаны модификации описанных вариантов осуществления. В соответствии с этим настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, а должно быть ограничено только формулой изобретения, которая прилагается к описанию.

Изобретение относится к строительству, в частности к трехмерным конструктивным элементам. Конструктивный элемент имеет множество спиральных компонентов, обернутых вокруг продольной оси. Спиральные компоненты имеют прямолинейные участки, жестко непрерывно соединенные в спиральной конфигурации. В базовом периодическом элементе три спиральных компонента имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось и отстоят друг от друга приблизительно на одинаковом расстоянии. Другие три обратных спиральных компонента также имеют общую угловую ориентацию и общую продольную ось и отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии, но имеют противоположную угловую ориентацию. Эти шесть спиральных компонента на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси имеют проекцию в форме треугольника вследствие наличия прямолинейных участков. Дополнительные шесть спиральных компонента расположены в такой же конфигурации, как описано выше, но повернуты относительно первых шести компонентов так, чтобы на виде с торца конструктивного элемента или вдоль оси он имел проекцию в форме шестиугольной звезды. Технический результат изобретения заключается в повышение несущей способности конструктивного элемента. 3 с. и 23 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Конструктивный элемент с повышенной несущей способностью на единицу массы, содержащий по меньшей мере два спиральных компонента, каждый из которых имеет по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральной конфигурации, по меньшей мере два спиральных компонента имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось и отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии, по меньшей мере каждый из двух спиральных компонентов имеет непрерывные нити волокна, по меньшей мере один обратный спиральный компонент, имеющий по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральную конфигурацию, аналогичную спиральной конфигурации по меньшей мере двух спиральных компонентов, и имеющий общую продольную ось с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, но противоположную угловую ориентацию, причем по меньшей мере один обратный спиральный компонент имеет непрерывные нити волокна, средство для соединения по меньшей мере двух спиральных компонентов с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом в местах пересечения, предусматривающее перекрытие волокон спиральных компонентов и волокон обратных спиральных компонентов в связующем материале, при этом по меньшей мере два спиральных компонента и по меньшей мере один обратный спиральный компонент выполнены с образованием полой внутренней области, по существу не содержащей материала, и с образованием отверстия между ними. 2. Конструктивный элемент по п.1, отличающийся тем, что средство для соединения спиральных компонентов и обратного спирального компонента включает в себя соединители, имеющие гнезда, расположенные и ориентированные с возможностью установки в них концов компонентов. 3. Конструктивный элемент по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один аксиальный элемент, соединенный по меньшей мере с двумя спиральными компонентами и по меньшей мере с одним обратным спиральным компонентом и проходящий по существу параллельно продольной оси. 4. Конструктивный элемент по п.3, отличающийся тем, что по меньшей мере один аксиальный элемент соединен по меньшей мере с двумя спиральными компонентами и по меньшей мере с одним обратным спиральным компонентом во внешних узлах. 5. Конструктивный элемент по п.3, отличающийся тем, что по меньшей мере один аксиальный элемент соединен по меньшей мере с двумя спиральными компонентами и по меньшей мере с одним обратным спиральным компонентом во внутренних узлах. 6. Конструктивный элемент по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный элемент, соединенный со смежными узлами. 7. Конструктивный элемент по п.6, отличающийся тем, что дополнительный элемент является внешним элементом, соединенным с двумя узлами и проходящим в плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси. 8. Конструктивный элемент по п.6, отличающийся тем, что дополнительный элемент является диагональным внешним элементом, соединенным с двумя узлами и ориентированным под углом относительно продольной оси. 9. Конструктивный элемент по п.1, отличающийся тем, что участки по меньшей мере двух спиральных компонентов и по меньшей мере одного обратного спирального компонента образуют воображаемый трубчатый элемент, имеющий треугольное поперечное сечение. 10. Конструктивный элемент по п. 1, отличающийся тем, что участки по меньшей мере двух спиральных компонентов и по меньшей мере одного обратного спирального компонента образуют воображаемый трубчатый элемент, имеющий многогранное поперечное сечение. 11. Конструктивный элемент с повышенной несущей способностью на единицу массы, содержащий по меньшей мере два спиральных компонента, каждый из которых имеет по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральной конфигурации, по меньшей мере два спиральных компонента имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось и отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии, по меньшей мере один обратный спиральный компонент, имеющий по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральную конфигурацию, аналогичную спиральной конфигурации по меньшей мере двух спиральных компонентов, и имеющий общую продольную ось с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, но противоположную угловую ориентацию, средство для соединения по меньшей мере двух спиральных компонентов с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом в местах пересечения, по меньшей мере два повернутых спиральных компонента, каждый из которых имеет по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральной конфигурации, по меньшей мере два повернутых спиральных компонента имеют общую угловую ориентацию, общую продольную ось поворота и отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии, при этом участки по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов повернуты относительно участков по меньшей мере двух спиральных компонентов, по меньшей мере один повернутый обратный спиральный компонент, имеющий по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, жестко непрерывно соединенных в спиральную конфигурацию, аналогичную спиральной конфигурации по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов, и имеющий общую продольную ось поворота с по меньшей мере двумя повернутыми спиральными компонентами, но противоположную угловую ориентацию, причем участки по меньшей мере одного повернутого обратного спирального компонента повернуты относительно участков по меньшей мере одного обратного спирального компонента, и средство для соединения по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов и по меньшей мере одного повернутого обратного спирального компонента с по меньшей мере двумя спиральными компонентами и с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом в местах пересечения. 12. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один аксиальный элемент, соединенный с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом, с по меньшей мере двумя повернутыми спиральными компонентами и с по меньшей мере одним повернутым обратным спиральным компонентом, причем по меньшей мере один аксиальный элемент проходит по существу параллельно продольной оси поворота. 13. Конструктивный элемент по п.12, отличающийся тем, что по меньшей мере один аксиальный элемент соединен с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом, с по меньшей мере двумя повернутыми спиральными компонентами и с по меньшей мере одним повернутым обратным спиральным компонентом во внешних узлах. 14. Конструктивный элемент по п.12, отличающийся тем, что по меньшей мере один аксиальный элемент соединен с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, с по меньшей мере одним обратным спиральным компонентом, с по меньшей мере двумя повернутыми спиральными компонентами и с по меньшей мере одним повернутым обратным спиральным компонентом во внутренних узлах. 15. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что продольная ось и продольная ось поворота являются концентрическими, а участки по меньшей мере двух спиральных компонентов, по меньшей мере одного обратного спирального компонента, по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов и по меньшей мере одного повернутого обратного спирального компонента образуют воображаемый трубчатый элемент, имеющий поперечное сечение в форме шестиконечной звезды. 16. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что продольная ось и продольная ось поворота являются концентрическими, а участки по меньшей мере двух спиральных компонентов, по меньшей мере одного обратного спирального компонента, по меньшей мере двух повернутых спиральных компонентов и по меньшей мере одного повернутого обратного спирального компонента образуют воображаемый трубчатый элемент, имеющий поперечное сечение в форме двух многогранников, имеющих общую продольную ось, но повернутых один относительно другого. 17. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что продольная ось и продольная ось поворота являются концентрическими, а участки компонентов пересекаются на конце участков с образованием внешних узлов, участки расположены в множестве плоскостей, проходящих между выбранными внешними узлами и параллельных продольной оси и продольной оси поворота, три плоскости из множества плоскостей ориентированы с образованием первого воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение, а другие три из множества плоскостей ориентированы с образованием второго воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение, при этом второй воображаемый трубчатый элемент повернут вокруг общей оси относительно первого воображаемого трубчатого элемента. 18. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что продольная ось и продольная ось поворота параллельны между собой и отстоят друг от друга, участки компонентов пересекаются на конце участков с образованием внешних узлов, участки расположены в множестве плоскостей, проходящих между выбранными внешними узлами и параллельных продольной оси и продольной оси поворота, три плоскости из множества плоскостей ориентированы относительно продольной оси с образованием первого воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение, а другие три из множества плоскостей ориентированы относительно продольной оси поворота с образованием второго воображаемого трубчатого элемента, имеющего треугольное поперечное сечение. 19. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что компоненты образованы путем намотки волокна на оправку. 20. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что компоненты представляют собой волокно в связующем материале. 21. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что компоненты представляют собой волокно в связующем материале, а средство для соединения спирального компонента и обратного спирального компонента включает в себя перекрывающиеся волокна спиральных компонентов и волокна обратных спиральных компонентов в связующем материале. 22. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что средство для соединения спиральных компонентов и обратного спирального компонента включает в себя соединители, имеющие гнезда, расположенные и ориентированные с возможностью установки в них концов компонентов. 23. Конструктивный элемент по п.11, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный элемент, соединенный со смежными узлами. 24. Конструктивный элемент по п.23, отличающийся тем, что дополнительный элемент является внешним элементом, соединенным с узлами и проходящим в плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси. 25. Конструктивный элемент по п.23, отличающийся тем, что дополнительный элемент является диагональным внешним элементом, соединенным с узлами и ориентированным под углом относительно продольной оси. 26. Способ образования конструктивного элемента с повышенной несущей способностью на единицу массы, включающий в себя получение оправки, намотку на оправку волокна для создания по меньшей мере двух спиральных компонентов, каждый из которых имеет по меньшей мере три удлиненных прямолинейных участка, по меньшей мере два спиральных компонента имеют одну общую угловую ориентацию, общую продольную ось и отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии, намотку на оправку волокна для создания по меньшей мере одного обратного спирального компонента, имеющего по меньшей мере три подобных удлиненных прямолинейных участка и имеющего общую ось с по меньшей мере двумя спиральными компонентами, но противоположную угловую ориентацию, нанесение связующего материала на волокно, и отверждение связующего материала.