发明创造名称：一种模拟产生预应力的方法
外观设计名称：
决定号：188869
决定日：2019-08-30
委内编号：1F267501
优先权日：
申请（专利）号：201510402534.1
申请日：2015-07-10
复审请求人：核工业理化工程研究院
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：杨洁
合议组组长：石志昕
参审员：吴广平
国际分类号：G06F19/00，G06F17/50，B29C53/80
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，且现有技术中给出了将上述区别技术特征应用到该最接近的现有技术以解决其存在的技术问题的启示，这种启示会使本领域技术人员在面对所述技术问题时，有动机改进该最接近的现有技术并获得该权利要求请求保护的技术方案，则该权利要求所要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510402534.1，名称为“一种模拟产生预应力的方法”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为核工业理化工程研究院。本申请的申请日为2015年07月10日，公开日为2015年11月11日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年08月24日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定引用了以下对比文件：
对比文件1：“缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响”,张宗毅等，《压力容器》，第28卷第5期，第7-14页，公开日为2011年05月30日；
对比文件2：“具有金属内衬复合材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析” ,任明法，《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》，第4期，第B020-1页，公开日为2006年04月15日。
驳回决定所依据的文本为：2018年01月18日提交的权利要求第1项，申请日2015年07月10日提交的说明书第1-26段、说明书附图1-2、说明书摘要、摘要附图。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种模拟产生预应力的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（ⅰ）建立金属转筒（1）的几何模型
按照实际金属转筒（1）的几何尺寸建立几何模型，其中转筒壁厚S1=1~3mm，内直径D=400~800mm，长度L=1500~3000mm；
（ⅱ）建立缠绕复合材料（2）的几何模型
按照实际缠绕复合材料（2）的几何尺寸在金属转筒（1）外部建立缠绕复合材料（2）的几何模型，其中缠绕复合材料（2）的厚度S2=3~6mm，内直径与金属转筒（1）外直径相同，长度与金属转筒（1）长度相同；
（ⅲ）确定金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的物理参数
按照实际定义金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的模量、泊松系数、热膨胀系数，所述金属转筒（1）材料为金属，如铝或不锈钢，缠绕复合材料（2）为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维；
（ⅳ）对缠绕复合材料（2）施加温度载荷
对缠绕复合材料（2）施加0℃~150℃温度载荷，根据热胀冷缩原理，使缠绕的缠绕复合材料（2）收缩，对金属转筒（1）产生压力；
（ⅴ）调整缠绕复合材料（2）的温度载荷
通过有限元计算软件得到金属转筒（1）的计算收缩量，根据金属转筒（1）的实际收缩量，调整施加在缠绕复合材料（2）上的温度载荷，直至金属转筒（1）的计算收缩量与实际收缩量一致；
（ⅵ）观察计算结果
观察实验完成后金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的变形和应力状态，
所述金属转筒为铝转筒，所述缠绕复合材料为玻璃纤维。”
驳回理由具体为：独立权利要求1与对比文件1的区别为：1）调整缠绕复合材料（2）的温度载荷，通过有限元计算软件得到金属转筒（1）的计算收缩量，根据金属转筒（1）的实际收缩量，调整施加在缠绕复合材料（2）上的温度载荷，直至金属转筒（1）的计算收缩量与实际收缩量一致；2）转筒壁厚S1=1~3mm，内直径D=400~800mm，长度L=1500~3000mm；缠绕复合材料（2）的厚度S2=3~6mm，内直径与金属转筒（1）外直径相同，长度与金属转筒（1）长度相同，施加的温度荷载是0℃~150℃温度载荷；按照实际定义金属转筒和缠绕复合材料的模量、泊松系数；金属转筒的材料为铝或不锈钢，缠绕复合材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维；观察实验完成后金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的变形和应力状态；3）所述金属转筒为铝转筒，所述缠绕复合材料为玻璃纤维。基于上述区别，该权利要求相对于对比文件1实际要解决的技术问题为：如何调整温度荷载，以及如何设置相关参数。对于区别1），对比文件2公开了“根据金属转筒（1）的实际收缩量，调整施加在缠绕复合材料（2）上的温度载荷，直至金属转筒（1）的计算收缩量与实际收缩量一致”这一技术特征，且上述技术特征在对比文件2中所起的作用与在本申请中所起的作用相同，都是用于调整温度载荷。另外，通过有限元计算软件得到金属转筒的计算收缩量，属于本领域的惯用技术手段。对于区别2）转筒壁厚S1=1~3mm，内直径D=400~800mm，长度L=1500~3000mm；缠绕复合材料（2）的厚度S2=3~6mm，内直径与金属转筒（1）外直径相同，长度与金属转筒（1）长度相同，施加的温度荷载是0℃~150℃温度载荷，均属于本领域的常规选择；且对比文件1已经公开了按照实际定义金属转筒的模量、泊松系数和复合材料的热膨胀系数，在此基础上本领域技术人员容易想到，可按照实际定义金属转筒的热膨胀系数和符合材料的模量、泊松系数；对比文件1已经公开了金属转筒的材料为金属，复合材料纤维类材料，在此基础上，本领域技术人员容易想到，金属转筒的材料可以为铝或不锈钢，缠绕复合材料可以为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维；此外，观察计算结合，观察实验完成后金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的变形和应力状态，属于本领域的惯用技术手段。对于区别3），对比文件1已经公开了缠绕符合材料气瓶的应力模型，基于对该模型的几何结构，本领域技术人员容易想到可将该技术方案应用于玻璃纤维缠绕铝转筒的领域。由此可知，在对比文件1的基础上结合对比文件2及本领域的惯用技术手段以获得权利要求1的技术方案，对于本领域技术人员是显而易见的。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服,于2018年11月30日向国家知识产权局提出了复审请求，同时修改了权利要求书。复审请求人将说明书中记载的“对缠绕复合材料施加100℃ ~150℃温度载荷”加入原权利要求1，删除原权利要求中的特征“所述金属转筒为铝转筒，所述缠绕复合材料为玻璃纤维” ，并将转筒壁厚限定为1mm、复合缠绕层厚度为6mm。复审请求人认为：本申请要解决的技术问题是：如何结合实际实验和理论分析，进行整个内压容器的应力状态，本申请的创新点在于如何将该模型有效应用在产品的产品分析和优化上。对比文件1主要阐述如何分析缠绕应力，对比文件2也以理论研究为主，对比文件1和对比文件2未有任何关于整体解决方案的记载和启示。另外，在一般应用场景（例如对比文件1）中，内胆厚度为10mm，外环缠绕层厚度为7.5，而本申请中金属转筒厚度为1mm，复合缠绕材料为6mm，对于这种内薄外厚且差距很大的情况，现有技术采用过盈方法，而本申请将加热分析方法引入到实际生产中。复审请求时新修改的权利要求书如下：
“1. 一种模拟产生预应力的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（ⅰ）建立金属转筒（1）的几何模型
按照实际金属转筒（1）的几何尺寸建立几何模型，其中转筒壁厚S1=1mm，内直径D=400~800mm，长度L=1500~3000mm；
（ⅱ）建立缠绕复合材料（2）的几何模型
按照实际缠绕复合材料（2）的几何尺寸在金属转筒（1）外部建立缠绕复合材料（2）的几何模型，其中缠绕复合材料（2）的厚度S2=6mm，内直径与金属转筒（1）外直径相同，长度与金属转筒（1）长度相同；
（ⅲ）确定金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的物理参数
按照实际定义金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的模量、泊松系数、热膨胀系数，所述金属转筒（1）材料为金属，如铝或不锈钢，缠绕复合材料（2）为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维；
（ⅳ）对缠绕复合材料（2）施加温度载荷
对缠绕复合材料（2）施加100℃~150℃温度载荷，根据热胀冷缩原理，使缠绕的缠绕复合材料（2）收缩，对金属转筒（1）产生压力；
（ⅴ）调整缠绕复合材料（2）的温度载荷
通过有限元计算软件得到金属转筒（1）的计算收缩量，根据金属转筒（1）的实际收缩量，调整施加在缠绕复合材料（2）上的温度载荷，直至金属转筒（1）的计算收缩量与实际收缩量一致；
（ⅵ）观察计算结果
观察实验完成后金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的变形和应力状态。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年12月05日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：对比文件2已经公开了“缠绕层的缠绕张力的大小可以通过温度的变化来进行调控，不断改变该缠绕层的温度场，使热应力达到预定的缠绕张力”，因而已经公开了“采用加热产生应力的方法”，从权利要求1中也并不能得出本申请的技术方案是理论结合实际的；（2）对比文件1中公开的是缠绕复合材料对金属内胆应力的影响，虽然复合材料及内胆具体尺寸与本申请不同，但均属于缠绕层对桶状内胆的应力研究领域，因而本领域技术人员容易想到可将对比文件1的技术方案应用于本申请所限定的具体尺寸的缠绕层对金属转筒的应力研究领域；此外，对比文件2中也公开了（参见正文第2.4.1节）温度参数法模拟缠绕张力的算例，其中算例1记载：内衬厚度为16mm，绕带层厚度为48mm，由此可见，算例1中同样是内薄外厚且差距较大的情况，同样采用通过调整温度达到改变缠绕层应力的技术手段。因此，坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年05月22日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1与对比文件1的区别为：（1）转筒壁厚S1=1mm，内直径D=400~800mm，长度L=1500~3000mm，缠绕复合材料（2）的厚度S2=6mm；对缠绕复合材料（2）施加的温度载荷是100℃~150℃；按照实际定义金属转筒（1）的热膨胀系数，所述金属转筒（1）材料为铝，缠绕复合材料（2）为碳纤维、芳纶纤维；观察实验完成后金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的变形和应力状态；（2）通过有限元计算软件得到金属转筒（1）的计算收缩量，根据金属转筒（1）的实际收缩量，调整施加在缠绕复合材料（2）上的温度载荷，直至金属转筒（1）的计算收缩量与实际收缩量一致。基于上述区别，该权利要求相对于对比文件1所要解决的技术问题是：确定模拟产生预应力过程中金属转筒及缠绕复合材料的属性参数及对缠绕复合材料施加的温度载荷。上述区别部分为本领域的惯用技术手段，部分被对比文件2公开。可见，在对比文件1的基础上结合对比文件2及本领域的惯用技术手段以获得权利要求1请求保护的技术方案，对于本领域技术人员是显而易见的。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
针对复审请求人提出的复审理由，合议组进一步认为：对比文件1公开了缠绕复合材料对环缠绕复合材料气瓶的金属内胆应力的影响，只是其公开的金属内胆及缠绕复合材料的具体尺寸与本申请中的金属转筒及缠绕复合材料不同；此外，对比文件2公开的具有金属内衬复合材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析方法通过加热产生应力，且对比文件2的正文第2.4.1节公开了温度参数法模拟缠绕张力的算例，其中算例1记载：设一以钢带为缠绕带的圆柱形缠绕结果，其参数为：内衬厚度为16mm，绕带层厚度为48mm。由此可知，对比文件2公开了对于金属转筒和缠绕复合材料的厚度差距很大的情况、可以采用加热分析方法。可见，对比文件1、对比文件2均给出了启示。
复审请求人于2019年07月05日提交了意见陈述书，但未修改申请文件。复审请求人认为：本申请与对比文件1和2的技术应用场景和目的以及产品类型不同，对比文件1和对比文件2未有任何关于本申请整体解决方案的记载和启示。对比文件1主要阐述的是如何分析缠绕应力，对比文件2以理论研究为主。本申请要解决的技术问题是：如何结合实际实验和理论分析，进行整个内压容器的应力状态。现有技术中建模时常规思路是通过设定过盈量来计算并对应修改调参，导致计算复杂。针对金属转筒厚度为1mm、复合缠绕材料为6mm这种内薄外厚且差距很大的情况，现有技术采用过盈方法，而本申请的创新点在于如何将该模型有效应用在产品的产品分析和优化上，采用了加热产生应力的方法，即，对缠绕复合材料进行加热使其对内产生应力，然后根据复合材料的应力采用有限元软件分析的方法进行金属转筒的收缩量计算，将该计算值与实际试验产品中测量得到的实际收缩量进行比对，然后根据比值重新调节对缠绕复合材料的加热温度，直至计算收缩量与实际收缩量一致，然后根据模型中金属转筒和缠绕复合材料的应力分布进行分析，结合实验进行产品优化。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人答复复审通知书时未修改申请文件。因此，本复审决定依据的文本与复审通知书依据的文本相同，即：复审请求人于2018年11月30日提交的权利要求第1项，申请日2015年07月10日提交的说明书第1-26段、说明书附图1-2、说明书摘要、摘要附图。
具体理由的阐述
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，且现有技术中给出了将上述区别技术特征应用到该最接近的现有技术以解决其存在的技术问题的启示，这种启示会使本领域技术人员在面对所述技术问题时，有动机改进该最接近的现有技术并获得该权利要求请求保护的技术方案，则该权利要求请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
本复审决定所引用的对比文件与驳回决定及复审通知书所引用的对比文件相同，即：
对比文件1：“缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响”,张宗毅等，《压力容器》，第28卷第5期，第7-14页，公开日为2011年05月30日；
对比文件2：“具有金属内衬复合材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析” ,任明法，《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》，第4期，第B020-1页，公开日为2006年04月15日。
其中，对比文件1为最接近的现有技术。
独立权利要求1请求保护一种模拟产生预应力的方法。对比文件1公开了一种将缠绕张力产生的预应力等效模型模拟为复合材料层降温产生的预应力的方法，并公开了以下内容（参见第9-11页）：环缠绕复合材料气瓶由金属内胆和缠绕在内胆上的复合材料层组成（隐含公开权利要求1的“缠绕复合材料（2）的内直径与金属转筒（1）外直径相同，长度与金属转筒（1）长度相同”）；取环缠绕复合材料气瓶筒身中部建立一圆环模型，内胆外直径520mm、壁厚10mm，内胆材料30CrMo（相当于权利要求1的“按照实际金属转筒（1）的几何尺寸建立几何模型；所述金属转筒（1）材料为金属，如不锈钢”），实测材料性能如表1所示，包括弹性模量、泊松比这些项目（相当于权利要求1的“按照实际定义金属转筒（1）的模量、泊松系数”）；取环缠绕复合材料气瓶1/4建立有限元模型；内胆外环缠绕30层环氧树脂玻璃纤维复合材料（相当于权利要求1的“缠绕复合材料（2）为玻璃纤维”），复合材料单层板厚度0.25mm、总厚度7.5mm（相当于权利要求1的“按照实际缠绕复合材料（2）的几何尺寸在金属转筒（1）外部建立缠绕复合材料（2）的几何模型”）；复合材料力学性能及热膨胀系数分别取3组实测数值，如表2所示（相当于权利要求1的“按照实际定义缠绕复合材料（2）的模量、泊松系数、热膨胀系数”）；假设环缠绕复合材料气瓶复合材料层温度降低ΔT而内胆温度保持恒定，由于热涨冷缩原理纤维复合材料层将发生收缩，对内胆产生压缩作用，从而在复合材料层和内胆上产生预应力（相当于权利要求1的“对缠绕复合材料（2）施加温度载荷，根据热胀冷缩原理，使缠绕的缠绕复合材料（2）收缩，对金属转筒（1）产生压力”）。
该权利要求与对比文件1相比，区别在于：（1）转筒壁厚S1=1mm，内直径D=400~800mm，长度L=1500~3000mm，缠绕复合材料（2）的厚度S2=6mm；对缠绕复合材料（2）施加的温度载荷是100℃~150℃；按照实际定义金属转筒（1）的热膨胀系数，所述金属转筒（1）材料为铝，缠绕复合材料（2）为碳纤维、芳纶纤维；观察实验完成后金属转筒（1）和缠绕复合材料（2）的变形和应力状态；（2）通过有限元计算软件得到金属转筒（1）的计算收缩量，根据金属转筒（1）的实际收缩量，调整施加在缠绕复合材料（2）上的温度载荷，直至金属转筒（1）的计算收缩量与实际收缩量一致。基于上述区别，该权利要求相对于对比文件1所要解决的技术问题是：确定模拟产生预应力过程中金属转筒及缠绕复合材料的属性参数及对缠绕复合材料施加的温度载荷。
关于上述区别（1），本领域技术人员可以由对比文件1公开的上述内容得到启示，根据实验需求采用某种规格、某种材料的金属转筒和缠绕复合材料，对缠绕复合材料（2）施加某个范围内的温度载荷，定义金属内胆的热膨胀系数，并在实验完成后对金属转筒和缠绕复合材料的变形和应力状态进行观测，这是本领域的惯用技术手段。
关于上述区别（2），对比文件2公开了一种具有金属内衬复合材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析方法，并公开了以下（参见第35页）：缠绕层的缠绕张力的大小可以通过温度或线膨胀系数的变化来进行调控；设缠绕容器具有N层缠绕层，同时假定第i缠绕层内初始温度场为ΔΦ（i），若不断改变该缠绕层的温度场ΔΦ（i），使该层的热应力达到预定的缠绕张力σ（i）时，便可认为该层的缠绕过程达到结束状态（隐含公开权利要求1的“根据金属转筒（1）的实际收缩量，调整施加在缠绕复合材料（2）上的温度载荷，直至金属转筒（1）的计算收缩量与实际收缩量一致”）。而且，该技术特征在对比文件2中所起的作用与在该权利要求请求保护的技术方案中所起的作用相同，都是用于通过调整施加在缠绕复合材料上的温度载荷使金属转筒的计算收缩量与实际收缩量一致。另外，利用有限元计算软件获得金属转筒的计算收缩量，这是本领域的惯用技术手段。
可见，在对比文件1的基础上结合对比文件2及本领域的惯用技术手段以获得该权利要求请求保护的技术方案，对于本领域技术人员是显而易见的。因此，独立权利要求1不具有突出的实质性特点和显著的进步，不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定。
对复审请求人相关意见的评述
对于复审请求人答复复审通知书时进行的意见陈述（参见案由部分），合议组认为：对比文件1公开了缠绕复合材料对环缠绕复合材料气瓶的金属内胆应力的影响，对比文件2公开的方法通过加热来改变缠绕的复合材料对金属内衬产生的热应力产生应力这一手段。本领域技术人员可以从对比文件1公开的内容得到启示，能够想到利用对比文件2公开的加热方法来模拟环缠绕复合材料气瓶的缠绕复合材料对金属内胆的预应力，这是本领域的惯用技术手段；另外，在对比文件2的正文第2.4.1节公开的温度参数法模拟缠绕张力的算例1中，假设以钢带为缠绕带的圆柱形缠绕结构的参数为：内衬厚度为16mm，绕带层厚度为48mm。可见，对比文件2公开了针对内薄外厚且差距很大的情况、可以采用加热分析方法。也就是说，对比文件1、对比文件2均给出了启示，且在对比文件1的基础上结合对比文件2及本领域的惯用技术手段能够获得本申请的权利要求1请求保护的技术方案。
综上，复审请求人的意见陈述不能成立。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年08月24日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可自收到本复审决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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