[发明专利]一种基于广义Miura折纸的双层可折叠膜结构

说明书

本发明公开了一种基于广义Miura折纸的双层可折叠膜结构，共由八十个铰接节点，八十根圆形截面杆件和两个可折叠膜组成。八十根斜放的圆形截面杆件两两组成V形杆连接处于同一竖向位置的双层可折叠膜，形成一个三维空间结构。内外环各四十个铰接节点分别设置于内外环四十根圆形截面杆件和双层可折叠膜结构上下相接的圆心点处。当此结构处于完全展开状态时，每层可折叠膜处于平展状态，链杆受力较小，上下层可折叠膜通过链杆连接形成一个立体空间；当此结构处于折叠状态时，两个可折叠膜收拢，链杆支撑着竖向变形。所述的可折展结构具有一个自由度，折展比大，构造简单，可折叠膜在折叠时具有很好的耗能缓冲作用，具有较好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及到单自由度、大折展比和可折展结构，是一种应用于建筑结构设计，具有耗能缓冲作用的双层可折叠膜结构。

背景技术

折纸结构是近几十年发展起来的新型空间结构形式,近年来基于刚性折纸的可折叠结构在工程和建筑设计中的应用越来越广泛。折纸结构的空间可展性使得结构在需要使用时,可以展开至工作状态,工作完毕后可以收回到折叠状态便于运输。折纸结构因其现场安装及拆除速度快,在使用时不需要很多人力和机械就可以方便地在现场展开成形,因而适用范围很广,应用于生活、军事、医学、土木工程、航天工程等领域。

刚性折纸单元有两个较为显著的特性:结构合理性和形状可变性。折纸可以很容易将本来柔软的纸材变得拥有一定的结构强度,这一点奠定了其应用于结构领域的基础。基于折纸艺术的启发,在建筑设计时运用折叠的概念,将能达到方便、灵活的艺术效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种可折展比大，空间稳定性好的基于刚性折纸单元的双层可折展结构，本发明将可折叠原理运用于建筑结构设计。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于广义Miura折纸的双层可折叠膜结构，包括上下两个基于广义 Miura折纸的可折叠膜，两个可折叠膜的结构相同，所述可折叠膜为由从内至外五圈折叠结构组成的环形结构，每圈折叠结构由连续的四边形的折纸薄片组成；

折纸薄片与对应一圈折叠结构中相邻的折纸薄片之间为折痕，折纸薄片与其所处折叠结构相邻两圈折叠结构中的相邻的折纸薄片之间也为折痕，相邻的两个折纸薄片共享一条折痕；

单圈折叠结构中，环向的若干个折纸薄片的大小和形状相同，五圈折叠结构中，径向依次相连的五个折纸薄片，大小从外之内依次减小；

单圈折叠结构中，一个折纸薄片与其一侧折纸薄片之间的折痕为谷线，与其另一侧折纸薄片之间的折痕为脊线；

五圈折叠结构中，径向依次相连的五个折纸薄片，一个折纸薄片与其一端折纸薄片之间的折痕为谷线，与其另一端折纸薄片之间的折痕为脊线；

可折叠膜的任意区域两两相连的四个折纸薄片中，两两共享的四条折痕，其中三条为谷线，一条为脊线，或其中三条为脊线，一条为谷线；

最外圈的折叠结构外侧边缘，相邻两个折纸薄片共享一个外环铰接节点，最内圈的折叠结构外侧边缘，相邻两个折纸薄片共享一个内环铰接节点，上层可折叠膜的每个外环铰接节点与下层可折叠膜的每个外环铰接节点纵向一一对应，上层可折叠膜的每个内环铰接节点与下层可折叠膜的每个内环铰接节点纵向一一对应，上层可折叠膜的一个外环铰接节点分别与下层可折叠膜中对应的外环铰接节点两侧的两个外环铰接节点之间设有外环链杆，上层可折叠膜的一个内环铰接节点分别与下层可折叠膜中对应的内环铰接节点两侧的两个内环铰接节点之间设有内环链杆。