MSC折纸结构设计及其双稳态解析与实验

摘要：

折纸是一门古老艺术,其本质是将平面材料沿着事先设计好的折痕进行折叠,进而形成一个复杂的三维结构.柔性折纸结构是实现三维结构轻量化的重要途径.因此,解析折纸结构几何特性和力学性质十分必要.本文以MSC(Magic Spiral Cube)为研究对象,通过实际折痕和虚拟折痕的方法,建立了该结构的几何模型,确定了实现完全展开和完全折叠对刚性面和可变形面的设计条件,在虚拟折痕上引入了扭转刚度,证明了该扭转刚度与柔性面变形的等效性,从而得到了MSC折纸结构的弹性势能,得到了使结构变形的力与位移本构.通过力学特性分析,发现了MSC折纸结构具有双稳态特性,这种特性是由面内变形诱发的,与虚拟折痕刚度与弹性折痕刚度的比值有直接的关系.最后,我们对MSC折纸结构进行设计和制备,通过实验,验证了理论模型的准确性.本文的研究结果不仅进一步加深了我们对于MSC折纸结构力学特性的认识,同时也为其工程应用提供理论基础.

关键词：MSC折纸结构;刚性折痕;弹性折痕;虚拟折痕;双稳态

所属期刊栏目：42

分类号：TB34(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金重点项目11932015

在线出版日期：2021-10-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：429-437