[发明专利]环形刚性折纸单元点阵结构

说明书

本发明涉及一种环形刚性折纸单元点阵结构，包含若干个环形刚性折纸单元。环形刚性折纸单元包括上多边形环板，下多边形环板以及若干刚性折纸板，上多边形环板(N个边长)与下多边形环板(N个边长)内外层分别通过N个刚性折纸板连接，刚性折纸板上下边分别与上、下多边形环边连接。与现有轻质空间点阵结构相比，该结构的优点在于具有多种变形模式、可调节刚度以及稳定的承载能力。本发明的环形刚性折纸单元点阵结构应用在缓冲、隔振、抗冲击吸能装置，能显著提高整体装置的承载和能量吸收能力。

技术领域

本发明涉及材料结构技术领域，尤其涉及环形刚性折纸单元构成的轻质点阵结构。

背景技术

目前，点阵结构的研究受到了国内外研究领域及工程技术领域的广泛关注，点阵结构是一种具有轻质,高比强度,高比刚度以及多功能潜力的新型结构材料。典型点阵结构是由节点和连杆单元组成的空间网架类有序多孔材料。专利CN108824634B公开了一种轻质空间点阵结构，其特征在于包括N个相互连接的单胞，所述每个单胞包括上多边形框架、下多边形框架以及侧面杆系。现有的轻质空间点阵结构，其内部空间开放，具有贯通孔，具有良好的抗弯曲、抗扭转性能。但在该类结构加工复杂，有效承载能力不稳定，且存在功能性单一的缺陷。

现有轻质空间点阵结构主要要承载单元是以杆系为主，无论是采用网架编织法、切割组装法或增材制造法，制备的点阵结构在承载时容易在杆件连接位置形成应力集中现象，而且杆系结构一旦制备成型后就具有固定的刚度和变形模式，存在功能性单一的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环形刚性折纸单元点阵结构，该结构的优点在于具有多种变形模式、可调节刚度以及稳定的承载能力。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种环形刚性折纸单元点阵结构，包括上多边形环板，下多边形环板，以及若干刚性折纸板；

上多边形环板N条内层边、外层边与下多边形环板N条内层边、外层边分别通过N个刚性折纸板连接，刚性折纸板上下边分别与上、下多边形环边连接。

每个刚性折纸板是由上梯形基本单元和下梯形基本单元组成。

进一步的，上下梯形单元通过一组边长相等的公共底边连接，且上下梯形单元之间形成一定夹角。

进一步的，所述公共底边构成所述刚性折纸板的山线折痕或谷线折痕。

进一步的，所述刚性折纸板的几何参数包括上梯形底边长a，上梯形腰长b，折痕长c，下梯形腰长d，下梯形底边长e以及折纸板夹角α。

进一步的，所述刚性折纸板的几何参数影响每个刚性折纸板的刚度大小，进而调控环形刚性折纸单元的刚度。

进一步的，所述外圈刚性折纸板均向内凹陷，内圈刚性折纸板可向内凹陷也可向外圈凸起，从而形成不同支撑组合模式。

进一步的，所述折纸板采用具有一定刚度的延展性薄板材料制成。

进一步的，所述若干个环形刚性折纸单元在正交三维空间内通过相邻单元多边形环板的顶点或边长相连接，形成空间点阵结构。

本发明的有益效果：

1、本发明所述的环形刚性折纸单元点阵结构外圈刚性折纸板均向内凹陷，内圈刚性折纸板可向内凹陷也可向外圈凸起，从而形成不同支撑组合模式，具有多种变形模式。

2、本发明所述的环形刚性折纸单元点阵结构通过采用具有一定刚度的延展性薄板材料制成的折纸板来提升结构的延伸性。

3、本发明所述的环形刚性折纸单元点阵结构包括上多边形环板，下多边形环板，以及若干刚性折纸板，结构简单。

4、具有多重机械以及结构特性，在承载、隔振、缓冲吸能等领域具有广泛应用前景。

附图说明