[發明專利]基于折-剪紙原理的可變剛度周期性結構

有效

• 申請號: 202210087744.6
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114483851B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 白涌滔;王書宏;周緒紅
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: F16F7/12
• 分類號: F16F7/12
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 陳磊

本發明涉及折?剪紙結構及安全防護領域，特別是一種基于折?剪紙原理的可變剛度周期性結構。包括折?剪紙管狀結構、用于開縫處的連接材料和相鄰兩折?剪紙管狀結構之間的連接結構，折?剪紙管狀結構包括數層同軸堆疊的折?剪紙管狀單元，每層折?剪紙管狀單元的兩端均設有連接層，且相鄰兩層折?剪紙管狀單元之間通過連接層連接，所述折?剪紙管狀單元由六個連續的基本折?剪紙單元構成，基本折?剪紙單元按照折痕圖案折疊而成，相鄰兩個基本折?剪紙單元之間形成沿高度方向貫通的縫隙，縫隙處設有連接材料。結構構造簡單、易于加工，通過改變縫隙處的連接材料，來實現整個結構的剛度可調性，以滿足各種任務需求和復雜環境。

技術領域

本發明涉及折-剪紙結構及安全防護領域，特別是一種基于折-剪紙原理的可變剛度周期性結構。

背景技術

材料或結構的剛度在大多數應用中都很重要，正剛度用于承受載荷和傳遞運動，零或準零剛度用于振動隔離和保護。傳統的防護設備擁有固定的剛度特性，只能滿足單一的應用條件，當需要滿足多種任務以及適應復雜的環境時，它們可能會表現出局限性。作為一種通過折疊和切割從二維材料創造三維結構的設計方法，基于折-剪紙原理設計的結構具有獨特的形狀可重構性和性能可調性，可以滿足復雜多變的應用環境。利用折-剪紙結構的可調剛度特性，基于折-剪紙原理設計的可變剛度周期性結構可以作為一種適應不同載荷條件和復雜環境的安全防護裝備，應用于汽車、機器人以及航空航天等領域。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提出了一種基于折-剪紙原理的可變剛度周期性結構，該結構構造簡單、易于加工，通過改變縫隙處的連接材料，來實現整個結構的剛度可調性，以滿足各種任務需求和復雜環境。

本發明的技術方案是：一種基于折-剪紙原理的可變剛度周期性結構，其中，包括折-剪紙管狀結構、用于開縫處的連接材料和相鄰兩折-剪紙管狀結構之間的連接結構，折-剪紙管狀結構包括數層同軸堆疊的折-剪紙管狀單元，每層折-剪紙管狀單元的兩端均設有連接層，且相鄰兩層折-剪紙管狀單元之間通過連接層連接，所述折-剪紙管狀單元由六個連續的基本折-剪紙單元構成，基本折-剪紙單元按照折痕圖案折疊而成，相鄰兩個基本折-剪紙單元之間形成沿高度方向貫通的縫隙，每層折-剪紙管狀單元共設有六條沿高度方向貫通的縫隙，縫隙處設有連接材料；

所述連接層由六個矩形連接單元構成，相鄰兩個矩形連接單元通過一個豎向折痕連接，每個連接層共設有六個豎向折痕；

所述連接結構由數層單個基本折-剪紙單元構成，每層基本折-剪紙單元的上下兩端均設有矩形連接單元，相鄰兩層基本折-剪紙單元通過矩形連接單元進行連接，基本折-剪紙單元的層數與折-剪紙管狀結構中折-剪紙管狀單元的層數相同，連接結構中各層基本折-剪紙單元的高度和折-剪紙管狀結構中對應層的折-剪紙管狀單元的高度一致，各層矩形連接單元的高度和折-剪紙管狀結構中對應層的連接層高度一致；

所有折-剪紙管狀結構的各層折-剪紙管狀單元中各個對應位置的基本折-剪紙單元的布置方向均一致，且所有相鄰兩折-剪紙管狀結構的中心之間的連線為水平線和與水平線之間成60°夾角的斜線，所有折-剪紙管狀結構之間形成數個相同大小的正三角形，折-剪紙管狀結構位于這些正三角形的頂點位置，每個正三角形的邊長處設有連接結構，連接結構用于連接邊長兩端頂點位置的折-剪紙管狀結構，數個由折-剪紙管狀結構和連接結構連接而成的正三角形共同構成一個正六邊形，數個正三角形組合擴展，形成蜂窩狀周期性結構。

當三個折-剪紙管狀結構所處的正三角形朝上時，該正三角形的三個邊處用于連接這三個折-剪紙管狀結構的三個連接結構中所有基本折-剪紙單元的可折展點G的凸起方向均指向或背離該正三角形的中心；當三個折-剪紙管狀結構所處的正三角形朝下時，該正三角形的三個邊處用于連接這三個折-剪紙管狀結構的三個連接結構中所有基本折-剪紙單元的可折展點G的凸起方向均背離或指向該正三角形的中心。