[发明专利]一种基于矩形六折痕折纸单元的可折展结构

说明书

本发明公开了一种基于矩形六折痕折纸单元的可折展结构，该折纸结构的折叠单元包括六个边界点，一个内部可折展点，六条边界，六条折痕；四个边界点分别位于矩形框架的四个角处，另外两个边界点分别位于矩形两条相互平行的边内部；六个边界点与内部点的连接为六条折痕，其中四条为山折痕，两条为谷折痕。本发明保留了传统Waterbomb折纸折展比大，构型优美，能够实现负泊松比的优点。但降低了传统Waterbomb折纸基本单元的轴对称性，使得基本单元仅需满足旋转对称性，完整的矩形六折痕折纸构型可通过将基本单元水平方向上平行扩展、竖直方向上交错扩展而成。突破了传统Waterbomb折纸的约束，对增加折纸结构形状多样性以及推进折纸结构在工程中应用具有积极的作用。

技术领域

本发明是一种应用于太阳能可折叠电池板设计、建筑结构设计和现代空间结构设计的可折展结构单元，特别是涉及一种基于矩形六折痕折纸单元的可折展结构。

背景技术

近年来，由于折纸结构独特的性能，被广泛应用于航空航天、机器人、超材料、生物医学工程、建筑施工等领域。作为一种新型空间结构，可展结构具有机构运动特性，可迎合所处环境，有效地改变结构的几何构型。

传统的Waterbomb折纸的基本单元为轴对称的矩形，基本单元由六个边界点，一个内部折展点组成，六条折痕在内部折展点相交。Waterbomb折纸图案可以看作基本单元通过在水平方向上扩展和在竖直方向上交错扩展形成。Waterbomb折纸具有双稳态性，在折展过程中，折纸经历径向的收缩或膨胀，同时伴随着轴向的缩短或延伸。在折叠过程中折纸形状趋于圆管状。传统的Waterbomb折纸具有负泊松比、造型优美、折展比大等优点，因此作为一种典型的折纸图案，Waterbomb折纸在航空航天领域、医疗领域已有广泛的应用。

在折纸图案中，折痕图案的设计十分重要。作为传统的Waterbomb折纸具有诸多优点，但由于其折纸单元必须为轴对称形状，要求内部可折展点必须在单元中心，这就限制了折纸单元和完全折叠结构的形状；目前矩形六折痕折纸结构图案数量较少，不利于折纸结构的推广；除此之外，一些折纸图案的折叠单元折痕并不规整，不便于进行模块化生产，在工程中使用也受到了很大的限制。因此，设计一种折痕更具有一般性，折叠单元不需要严格满足轴对称形状，但又能够保留传统Waterbomb折纸所具有的负泊松比、造型优美、折展比大等优点，可以迎合环境的变化有效改变结构的几何形状，对于增加折纸结构的多样性和推进折纸结构在工程中的应用具有积极的作用。

发明内容

本发明提供一种可拓展、衍生，能高效应用于可折叠结构体系中的基于矩形可折展结构单元。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于矩形六折痕折纸单元的可折展结构，所述可折展结构由若干排折展条组成，折展条由连续的折纸单元组成，所述折纸单元为矩形结构，其四个角为边界点，逆时针依次设为A、B、D、E，边界点A与E之间具有边界点F，边界点B与D之间具有边界点C，折纸单元内任意一点为可折展点G，可折展点G分别与边界点A、B、C、D、E、F之间形成直线折痕AG、BG、CG、DG、FG、EG，一个折纸单元与周围其他折纸单元之间具有直线折痕AB、BD、DE、AE；其中，直线折痕AG、BG、DG、EG为山折痕，直线折痕CG、FG为谷折痕；单个折纸单元的四周为边界折痕AB、BD、DE、EA，折纸单元四周的边界折痕AB、BD、DE、EA为与其周围的其他折纸单元共享的边界折痕；

单排折展条中，一个折纸单元的直线折痕AG与同排中相邻的一个折纸单元的直线折痕GE连接，直线折痕GB与同排中相邻的一个折纸单元的直线折痕GD连接；直线折痕GE与同排中相邻的另一个折纸单元的直线折痕AG连接，直线折痕GD与同排中相邻的另一个折纸单元的直线折痕BG连接；

相邻两排折展条中，前排折展条中的折纸单元与后排折展条中的折纸单元交错设置；