摘要：折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随着应用范围的不断扩大,折纸结构和折纸超材料的动力学问题日益突出,不仅涉及其动力学建模和参数辨识,还包括动力学机制分析与实验测试.折纸结构复杂的空间几何关系、丰富的变形模式、折叠诱发的全局强非线性本构关系等给动力学研究带来了很多新挑战和新机遇.本文首先阐述了折纸结构和折纸超材料的研究背景和意义,并简要概述了折纸的基本定义、假设和分类,以及折纸结构和折纸超材料的几何设计、静力学和运动学特性.随后,本文系统回顾了折纸结构和折纸超材料动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)动力学建模及参数辨识方法;(2)动力学理论、有限元和实验分析手段;(3)折叠诱发的动力学行为,包括双稳态和多稳态动力学行为、瞬态动力学行为和波传播动力学行为等;(4)典型动力学应用.本文最后提出了折纸结构和折纸超材料动力学研究中若干值得关注的问题.

摘要：锥形折纸结构不仅具有高强轻质、形态可变、刚度可控等特点,而且有效改善了传统薄壁折纸结构面外刚度薄弱问题,在伸展臂、可展天线、吸能耗能构件等领域具备良好的应用前景。然而,目前锥形折纸设计难以从工程需求出发、实现特定几何尺寸的结构设计。因此,通过解析几何,推导折痕参数间的关系,并基于深度神经网络(DNN),将折痕参数与几何参数进行拟合,构建一种四折痕锥形折纸结构的逆向设计方法,实现从三维结构到二维折痕图的逆向设计。计算分析表明,所设计的锥形结构与解析解吻合良好。此外,折纸实物模型不仅验证了所设计结构的可平折性,还利用搭接、镜像等操作丰富了结构的外立面。该设计方法适用于更广义的锥形结构设计,可为基于数据驱动的折纸结构创新发挥积极作用。

摘要：现有气动软体抓手的运动范围大多受初始长度限制,难以实现小存储体积、大包络范围的设计目标。结合气动结构和折纸结构的特点,提出了一种高收纳比、弯曲-展开耦合运动的软体抓手设计方案。基于三浦折纸结构,设计了一种可弯曲折展的管状折纸模型,并且基于面板刚性假定,分析了边长、夹角等几何参数对该折纸结构曲率半径和弯曲角度的影响;考虑软体抓手的壁厚,利用有限元软件分析了软体抓手的变形行为;采用3D打印和逐层浇筑的方式制作抓手样品,验证了软体抓手的展开和抓取性能。该研究成果可为太空垃圾抓取机器人的设计提供理论支持。

摘要：折纸结构和折纸力学超材料由于其无穷的设计空间、出色的变形能力、超常规力学特性和广泛的应用前景,最近受到了学术界和工程界的广泛关注.特别地,某些折纸结构单胞由于具有独特的双稳态特性而获得深入研究.注意到折纸结构和折纸超材料通常由多胞构成,但多胞结构的多稳态特性及其诱发的动力学行为尚不清晰,相关的研究还较少.本文在双稳态Miura-ori堆叠结构单胞的基础上,研究由两个异构双稳态单胞基于力平衡串联而成的结构.静力学分析指出,双胞串联结构具有4个定性不同的稳定构型,呈现出多稳态特征.动力学分析指出,双胞串联结构在4个稳定构型处具有显著不同的固有频率特征.逐渐增大激励幅值,双胞串联结构的多稳态特性诱发出类型丰富的复杂非线性动力学响应,包括亚谐、超谐甚至混沌的阱内和阱间振动.根据幅值特征,我们将稳态动力学响应分为九类,并开展了动力学响应的吸引盆和吸引盆稳定性分析.结果表明,不同类型动力学响应的吸引盆稳定性(即出现概率)显著不同,且与激励幅值密切相关.本文得到的多稳态双胞串联结构的静力学特性、动力学响应的分类,以及吸引盆稳定性相对于激励幅值的演化规律,对深入认识多稳态折纸结构的非线性动力学特性,调控非线性动力学响应具有参考价值和指导意义.

摘要：为了探究能量吸收特性更加优异的折纸结构,通过对传统扭转塔折纸结构进行改进设计,提出一种具有压扭耦合特性的塔型折纸结构。运用数值仿真分析方法对塔型折纸结构进行准静态压缩实验,结果表明该塔型折纸结构具有峰值压缩力低、平台长、扰动小的能量吸收特性。通过改变结构的内圆与外圆半径比、扭转角度、外圆半径与高度比、厚度几何参数,获得几何参数对比吸能、峰值压缩力、压缩力效率等吸能性能的影响规律。研究结果对折纸结构优化设计与结构能量吸收特性分析具有一定的参考价值。

摘要：民间折纸艺术中的结构构成技巧作为现代家具设计的创意方法,分别从造型,材料、色彩、意象和空间结构方面促进了现代家具设计的创新与表现。创造了折纸艺术造型的直接应用;折纸艺术在其它材料中的表现及应用;折纸结构产生的光影视错觉的应用;折纸艺术造型意象的抽象应用;折纸艺术中空间与结构的应用等应用方法,形成了生动有趣、变幻丰富的新的家具风格,丰富视觉美的同时为现代家具设计提供了新的切入点。

摘要：在过去的十年里,折纸结构及其应用引起了学术界和工业界的广泛关注,同样给工业设计也带来深远影响。虽然已经有折纸结构在某些领域应用的多篇文献综述,仍缺乏对其比较系统而全面的梳理分析。以Web of Science核心集数据为分析样本,利用CiteSpace可视化分析软件对折纸结构及其应用进行了科学计量学回顾。通过对纳入文献的一般数据分析,从发文数量、国际研究力量、学科和期刊分布情况层面对当前研究现状进行梳理。同时,基于对当前研究的共被引网络、聚类和引文爆发的分析等,总结出机械超材料、机器人和折纸启发设计的新兴趋势。并从设计方法、工业产品设计、机器人和材料四个方面具体分析了三个新兴趋势对于工业设计的影响与启发。研究成果可为折纸结构的相关课题研究以及在工业设计领域的应用提供参考。

摘要：折纸结构在可展结构的工程实践中具有重要应用价值。为对折纸结构的折叠过程进行运动学数值模拟,文章基于广义逆矩阵理论,提出基于节点坐标的折纸结构折叠过程的运动学分析方法,以实现通过节点外力控制折纸结构的折叠运动;提出一种空间折纸基本单元,采用典型Miura-Ori数值模型的折叠计算验证此基本单元的可行性;通过完整折纸结构模型与含有开口的折纸模型,对动不定折纸体系的折叠过程进行分析与考察,阐明其折叠路径与结构刚体位移的联系。数值结果表明,文章提出的方法可行,分析准确。其研究能够以节点坐标为未知量,为折纸结构的研究人员及设计者从节点坐标控制角度提供一种可行的分析方法。

摘要：本文基于三浦折纸结构和摩擦纳米发电机原理,设计了一种具有自供电功能的复合风速传感器,实现了自然环境中风能向电能的转换,并根据折纸结构受圆柱轮-旋转模块的按压而折叠时所产生的摩擦电信号,实现风速准确测量;沿圆周分布的折纸TENG能量转换组件具有较快的充电效率;将摩擦静电感应与电磁感应技术相结合,提高了能量收集效率,实现了自供电;与商用风速仪的测量对比,其风速测量范围为(2~10)m/s,测量准确度>95%。

摘要：刚性折纸在折叠过程中可以保证折痕之间的面不会发生弯曲和拉压等其他形变,因此越来越多地被用于实际工程结构中.本文将Yoshimura折纸模式用于建筑结构设计中,研究一种可在平面进行板件连接,通过折叠能够形成立体结构的可展式建筑.首先利用雅克比矩阵法对Yoshimura折纸模式的基本单元进行自由度分析,得到了目标结构所需的运动轨迹;分析结构展开时的平面角和折叠后的二面角之间的关系,得到了两者之间相互影响的3个规律,并利用平面角、二面角、谷折数和单元长度各个参数建立了结构尺寸的计算公式;最后提出了增加结构高度的两种拓展模式:四边形增高和三角形增高,通过比较结构整体变形情况和破坏类型,最终选择三角形增高方案来实现结构高度的增加.通过以上研究,可以对基于Yoshimura折纸模式的可展建筑结构进行初步设计.