[发明专利]一种几何渐变结构

说明书

本发明公开了一种几何渐变结构，由至少两个模块沿三个相互正交的方向拼接构成，三个相互正交方向分别为分列方向、分行方向、分层方向，渐变结构可沿分列方向、分行方向、分层方向进行分列、分行与分层，模块根据折纸图案折叠而成，折纸图案为四个完全相同的平行四边形拼接组成的镜面对称图形，所述折纸图案具有一个自由度，可实现完全折叠与展开；通过在不同分层中改变模块的参数实现保持空间折展特性的几何渐变结构，所述模块的参数包括模块边长、角度及模块数量。该结构初始态具有一个自由度，可实现一定程度的自由折叠，当到达一个极限点本装置可实现自锁，迅速提升其承载能力，且该自锁点可通过几何参数的调整实现承载力的可编程性。

技术领域

本发明涉及具有几何渐变特性的折叠结构，具体是涉及一种具有预折叠和几何渐变特性的结构。

背景技术

吸能结构可以通过本身的形变将外界冲击力转化为其内能，从而吸收外界冲击能量达到缓冲保护的作用。吸能结构广泛应用与车辆防撞结构、生产生活安全防护与包装运输等领域。理想的吸能结构具有一下特点：质量轻；吸能效果好，碰撞热量及时释放等。目前广泛应用的为空薄壁结构和三明治结构，空薄壁结构主要集中于多边形及多胞结构的研究，如专利“车身碰撞吸能结构”(专利号CN 1076043184A)提出的‘8’字形吸能盒；专利“一种多胞薄壁吸能结构及其应用结构”(专利号CN 105235616A)对比了四边形、六边形、圆形及多胞柱状结构的吸能效果，证明多胞结构的优良吸能性能。三明治结构主要集中于夹心层的研究，传统的蜂窝结构由于诸多弊端正在逐渐失去优势，而利用折纸原理制作的折叠芯材具有独特的优势：(1)折叠芯层制备工艺易实现，保持了原材料的连续完整性，可实现大尺寸及自动化生产等；(2)折叠芯层内部特有空腔结构非常适合空气、冷凝液的流通；(3)其为具有5个独立结构尺寸的三维立体结构，通过优化几何尺寸和结构特征，可实现优于蜂窝结构的力学性能。但这些都不能更好的将吸能结构发挥到极致，于此相反，专利“一种泡沫铝非均一填充式吸能结构”(专利号CN 106005019A)通过改变泡沫铝的密度在不牺牲吸能能力的前提下减轻结构重量从而实现更好的吸能性能，专利“一种多周期吸能结构”(专利号CN 105082635A)通过多层叠加实现多周期吸能提高吸能效率。吸能结构的研究逐渐深入多周期，高效率，可控的吸能结构越发收到关注。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，应用渐变结构与折纸的概念，提供可由平面板材折叠形成、几何参数可变且具有渐变机械性能的几何渐变结构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种几何渐变结构，由至少两个模块沿三个相互正交的方向拼接构成，三个相互正交方向分别为分列方向、分行方向、分层方向，渐变结构可沿分列方向、分行方向、分层方向进行分列、分行与分层，所述模块根据折纸图案折叠而成，所述的折纸图案为四个完全相同的平行四边形拼接组成的镜面对称图形，所述折纸图案具有一个自由度，可实现完全折叠与展开；通过在不同分层中改变模块的参数实现保持空间折展特性的几何渐变结构，所述模块的参数包括模块边长、角度及模块数量。

进一步的，在不同层中改变模块的参数实现渐变结构有七种方式，基本方式的方式有三种：第一种为同时改变模块一侧边长与夹角；第二种与第三种为改变不同层中模块数量，即仅改变模块一侧边长实现模块数量的改变，表现为不同层中行数不同；仅改变模块另一侧边长实现模块数量的改变，表现为不同层中列数不同；通过以上三种方式的组合产生其他四种方式。

进一步的，通过改变模块一侧边长改变模块数量，可实现的模块数量变化比例为1：n， n为大于1的整数。

进一步的，通过同时改变模块两侧边长改变模块数量，可实现的模块数量变化比例为1： n²，n为大于1的整数。

进一步的，所述渐变结构的变化参数不涉及模块夹角时，结构可实现完全折叠或展开为一平板。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：