[发明专利]建造大型容器的新模式以及拱形体组合构件的制造和应用

说明书

技术领域

本发明所涉及的是一种建造大型容器的新模式及其构件的制造和应用。

这里所说的各种大型容器包括：各种飞机机体、舰船船体、车辆的车体、大型工业容器(如各种大型流体罐、物料仓等)、各种建筑物、以及生活中的各种大型容器(如浴盆)等。

背景技术

我们可以将各种飞机、舰船、车辆、以及各种建筑都看作是供人使用的流动或固定的“大型容器”。尽管它们由于其使用目的不同而在外观、内在结构、以及所使用的材料上有很大差别。但无论如何，它们在建造模式上却是大同小异的。都是先用柱、梁、檩等具有所需强度的长形材料建造骨架，再用各种具有所需功能的板状面积材料将骨架所围成的内部空间封闭起来而构成。

而许多生产和生活中的大型容器(如：钢包、浴盆等)则是采用模具铸造的方法，或用板状材料冲压成形的方法制造的，其产品多为强度和保温性能较低的实心板状结构，而且模具及设备的投入也很高。

由于用上述传统模式建造各种“大型容器”是依靠材质和增加材料的截面尺寸来提高其强度和承载能力的，因此会在很大程度上受所用材料物理性能的制约而极大地提高建造或制造成本、增加结构的复杂程度和自身重量并极大地耗费工时。

例如：用传统模式制造高强度、长距离、大排水量的航空母舰不仅钢材消耗量巨大，而且船体结构和建造工艺都十分复杂，因此造价昂贵。

再例如：用传统模式制造高强度潜艇，也同样面临着船体结构和建造工艺都十分复杂的问题。

另外，具有超大直径和壁厚(例如：直径由十几米至百米以上，壁厚由十几公分至一百公分以上)的各种高强度等经和变径管、空心球等，在工业、工程及军事领域有着十分重要的特殊通途(例如：制造潜艇、制造大容量高压反应釜等)。但目前用传统方法和工艺却很难精确、低成本地制造出来。

再有，长距离大型桥梁的建造是将大跨度的巨型箱梁架设在以河床为基础的桥墩上，不仅建设工期长而且施工困难、造价很高。

不仅如此，像无柱、无梁、超大(百米以上)跨度、有顶盖的建筑也是很难建造的。

发明内容

我们知道，在自然界中，各种物质和各种生命体建造自身的方法是：首先用单一或极少几种“材料”构成所需功能和强度的结构单元，然后用简单复制的方法在不同方向上扩展。这些结构单元的结构不同，所形成的物质其性能也不同，甚至会有巨大差异。例如：石墨、金刚石、C₆₀、碳纳米管的组成“材料”都是碳，但它们的性能却差别巨大。

金刚石、C₆₀、碳纳米管以其独特的结构单元(晶格结构)建造出了在不同方面强度极高的奇妙“建筑”。

而在我们生活中也存在着一种强度极高、构造独特、可用作“大型容器”结构单元的构件，这便是拱形体构件。由于这些拱形体构件在受力时的“力线”环形闭合，因此具有极高的强度。

拱形体构件有三种：即：一维拱形体构件、二维拱形体构件和三维拱形体构件。

一维拱形体构件是指在线性方向上的截面为封闭环拱形(如圆形、椭圆形等)的构件，例如：圆管、圆柱、椭圆管、椭圆柱等；二维拱形体构件是指在相互垂直的两个方向上的截面均为封闭环拱形的构件，例如：实心或空心的圆环、椭圆环等；三维拱形体构件是指在相互垂直的三个方向上的截面均为封闭环拱形的构件，例如：实心或空心的圆球、椭圆球等。

现在，我们可以改变以往建造各种“大型容器”的传统模式即：先造出其巨大的骨架，再将其封闭的模式；或铸造及冲压的模式。

为了能用简单的方法、较少的材料、较低的成本和很快的速度，大量建造各种高强度“大型容器”，包括一些用传统方法很难建造的、在特殊环境条件下使用的“大型容器”，如：耐高压的大型潜艇和深潜装置；具有长距离大面积甲板的航空母舰；水上和水下城市；可用来治理沙漠的大面积植物大棚等，本发明提供了一种建造大型容器的新模式以及高强度拱形体组合构件的制造和应用。其设计构思和方案是：

将一定数量的拱形体构件(以下简称“构件”)或由构件和拉紧的线性材料构成的、具有预应力的高强度结构单元(以下简称“结构单元”)按照一定的方式组合排列，并连接成更大尺寸的构件或结构单元；当其达到所需尺寸时，便可将其作为各种“大型容器”使用，或将其排列连接成其它所需形状的各种“大型容器”使用。

因为即便是达到大型容器尺寸的构件，仍会有构件的特征和强度，所以我们如同在用晶格生长的方法制造无缺陷、大尺寸的高强度晶体，并将其用作各种容器。

具体做法是：