折纸形气动软体驱动器设计与性能分析

为了实现气动软体驱动器的大变形,利用折纸结构的折展变形设计一种新型的软体驱动器。建立了该驱动器气压与其弯曲角度之间的关系,建立了驱动器的运动学模型,分析了结构参数对驱动器弯曲性能的影响,分析表明可通过调节气压实现弯曲形态的变化。制作样机,搭建实验平台进行运动和力学性能测试。实验结果表明所设计的驱动器具有两段不同的弯曲特性,可以展现出不同运动形态,可操纵诸如豆腐、水果等表面光滑、易损坏、易变形的物体。当气压为100 kPa时,末端力可达11 N。说明所设计的驱动器具有较好的形状适应性和高负载能力,为软体驱动器设计提供新思路。

折纸型准零刚度系统的隔振性能研究

准零刚度隔振系统因具备高静态低动态的刚度特性得到广泛研究,但是较短的准零刚度行程限制了其在低频隔振领域的应用推广。基于非线性正刚度和非线性负刚度并联的理念,由Kresling折纸构型启发设计一种新型的准零刚度隔振系统,采用有限元分析准零刚度隔振系统的可行性。建立了折纸型准零刚度系统的力学模型,研究了在正常工况下阻尼比、荷载幅值和回复力模型高阶项对幅频特性和力传递特性的影响,并扩展到过载工况下折纸型准零刚度系统隔振性能研究。开展折纸型准零刚度系统隔振试验并与有限元结果进行对比分析。分析结果表明,隔振系统随着阻尼增大和激振力幅值减小,响应幅值和传递率均会减小。具备高阶项的回复力模型使折纸型准零刚度系统在正常和过载工况下具有更低的起始隔振频率、共振频率以及振动传递率。试验验证折纸型准零刚度系统具备较为良好的隔振性能。

复合材料折纸管吸能特性多目标优化设计

薄壁结构被广泛用于吸能装置中,传统直管碳纤维树脂基增强复合材料(CFRP)薄壁结构在受到压溃时总是表现出峰值力过高以及力-位移曲线波动较大的问题,然而吸能装置必须保证渐进和受控的能量吸收,避免可能过大的峰值力,因此CFRP薄壁管结构作为吸能装置还需进一步改进设计。与传统直管结构相比,CFRP折纸管由于其独特的结构形式有更好的吸能特性。通过数值模拟研究了折纸管在轴向载荷作用下的能量吸收特性,得到了管件吸能特性指标与其几何参数之间的非线性映射关系。建立起考虑最大化总吸能和最小化峰值力的多目标结构优化设计模型,采用NSGA-Ⅱ遗传算法求解并对结果进行了分析。优化设计后的折纸管在保持质量不变的情况下,总吸能增加了144.9%,峰值力下降了46.5%,相比初始结构得到了明显提高。

Origami结构的优化及其在桥梁工程中的应用

Origami结构作为一种新兴的材料结构,具有轻质、牢固、可展、收缩、防撞、吸能等特性,已逐渐应用于工程领域。文章基于对Origami结构的优化,探究其在桥梁工程中的两大应用:(1)可移动桥梁;(2)桥梁防撞体系。并在桥梁防撞体系中引入"蛋盒"模型,利用Pro/e和COMSOL Multi-physic进行有限元模拟仿真分析,得出"蛋盒"结构与普通的防撞结构相比,具有更加优良的吸能防撞特性,且能多角度抵抗撞击,从而增加桥梁的使用寿命。

TMP折纸防护的双稳态软体机器人

软体机器人在复杂非结构化环境探索搜救等方面展现出了良好的应用潜力,但仍存在运动速度较慢、软体结构易受损等问题亟需解决.基于此,提出了一种TMP(Tachi-Miura polyhedron)折纸防护的双稳态软体机器人.软体脊柱、拉簧和TMP折纸外壳组成双稳态系统,由气压驱动突破双稳态系统的两个能量壁垒,实现双稳态之间的切换,并通过快速储存和释放能量驱动软体机器人快速运动.TMP折纸作为软体机器人的外壳,可为其提供防护,预防外界坚硬锋利介质刺破软体脊柱;此外,其在运动过程中的应变能对软体机器人的双稳态能量势阱具有较大贡献.结合材料拉伸实验和商用软件中的本构参数拟合法,确定了软体脊柱材料本构模型参数.探究了软体脊柱弯曲角度与驱动气压之间的量化关系,并提出了基于分段常曲率法的软体机器人运动学建模方法.开展了系列实验测试,发现所提软体机器人通过图钉模拟的极端环境时仍能正常运动,在平地上平均速度达到1.81BL s^(−1),其质量−运动速度关系图位于软体机器人和刚性机器人的交叉区域,属于刚−软耦合机器人.此外,证实了所提软体机器人在石子路、泥泞地、浅水沟、浅草地和深水池复杂非结构化环境快速运动能力.

折纸艺术在数字化服装中的应用

随着现代生活水平的提高,许多用户对服饰产品设计的需求越来越多。服装行业开始尝试数字化服装设计,这从一定意义上促进了服装行业的发展。通过三维数字化服装模拟实践把折纸艺术运用在虚拟服饰上,以CLO3D服装设计软件系统为工具,根据折纸艺术的不同类型和材质特点,在其表现技法和结构技术等方面进行了数字化实验,并根据实验总结的方法设计了五款数字化服装。实验证明:利用不同的数字化折纸造型结构方法,将服装造型艺术与折纸艺术的特殊造型美感相融合,可以实现富有美观性和复杂性的数字化服装设计,充分展现折纸艺术的风格。

折纸工艺在男装设计中的应用方法

当下中国服装行业发展迅速、企业竞争压力增大,男装企业要想在竞争中取胜,必须进行创新性设计。由于男装款式变化单一、设计元素有限,文章利用传统折纸工艺技法与男装创意设计进行结合,增加男装创意设计,能够为当代男装创意设计提供新的思路。折纸工艺的引入能够弥补男装款式变化单一、设计元素有限的不足,以期激发男装企业发展活力,促进中国传统艺术在现代环境下的生命力。

连续型折纸机械臂的刚度调节分析

针对变形三浦折纸机构设计的连续型机械臂的刚度调节问题,探讨了几何参数对折纸机械臂刚度的影响。首先,基于杆铰模型法,保持3组折纸机械臂模型的锥角、长度一致,对机械臂施加压力,利用Matlab仿真程序分析了机械臂在伸展和收缩状态下的弯曲刚度,计算出相应的弯曲刚度比。结果表明,当机械臂端面多边形的边数从5增加到7时,弯曲刚度比随着多边形边数的增加而增加,可实现折纸机械臂在伸展状态下具有刚性、在收缩状态下具有柔性。其次,利用虚功原理对折纸机械臂的力-位移关系进行建模,明确了锥角与机械臂负载受力的关系。最后,分析了3组锥角不同的折纸机械臂。结果表明,随着初始锥角的增加,抵抗外力的性能并不是一直增强,即锥角的变化会对机械臂的负载性能产生影响。

折纸艺术对服装造型设计空间的拓展探析

将折纸这一极具特色的民间艺术运用在服装设计中,能启发人的设计思维,增强服装造型的三维效果和视觉冲击力。通过剖析其在服装造型设计中的应用,展示了折纸艺术对服装造型设计的影响。

平面立体化成型在儿童笔袋低成本开发中的应用

目的解决目前笔袋行业的发展困境,探索儿童笔袋低成本开发流程,寻找平面立体化在笔袋开发中的全新应用思路。方法针对儿童笔袋的产品特点和设计现状,分析并总结出了平面立体化的成型方式、成型特征、应用案例以及成型特点,具体分析了平面立体化在包袋设计中的应用现状,确定了平面立体化成型在儿童笔袋设计应用中的成本优势,并对其在笔袋低成本开发中的具体应用进行了详细实践。结果提出了儿童笔袋的低成本开发模型以及平面立体化成型的应用思路,基于平面立体化成型工艺的特性和儿童笔袋的特征,进行了笔袋开发设计相关折纸实验和材料性能对比实验,提出了4种平面立体化收纳模型,最终得出了儿童笔袋设计方案。结论平面立体化成型在儿童笔袋低成本开发中的应用有足够的可行性,同时也能带来更多元、更有趣味的用户体验。

现代折纸艺术在服装立裁造型设计中的应用研究

中华文明博大精深,作为最早发明纸的国家,我国的折纸艺术发展历史悠久。本文以折叠元素为切入点,通过分析现代折纸艺术的各种表现形式,归类服装立裁造型的设计实践,深入探索传统技艺的创新发展路径。

茶饼内包装机执行机构设计及运动学仿真

目的:为促进普洱茶饼内包装由手工包装模式到机械化模式的转变,设计了一种创新型内包装机的执行机构。方法:设计采用相机光圈式折纸机构,通过光圈的收缩,稳定地实现了对茶饼的包装。采用虚拟样机技术结合Pro/E和其Mechanism建模仿真的方法,建立精确可靠的虚拟样机模型。结果:试验仿真结果表明,虚拟样机的工作行程、运动轨迹与预设一致。结论:验证了该内包装执行机构的实际可行性,为物理样机建立提供可靠依据。

机械制图创新立体教学资源研究

文章论述机械制图创新立体教学资源制作、使用及应用效果，机械制图创新立体教学资源以机械制图典型立体模型为基础，将预先印有带机械制图知识点的三维折纸模型印制成二维展开图，学生将二维展开图沿粗实线剪裁、沿虚线向同一方向折叠、双点划线反方向折叠，再使用双面胶或透明胶条将折叠好的模型按二维展开图中数字标号顺序粘合后，即可成为带机械制图知识点的三维立体模型，三维立体模型与对应的机械制图习题册配套使用，将利于学生建立空间与平面图形之间的桥梁。

折纸结构和折纸超材料动力学研究进展

折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随着应用范围的不断扩大,折纸结构和折纸超材料的动力学问题日益突出,不仅涉及其动力学建模和参数辨识,还包括动力学机制分析与实验测试.折纸结构复杂的空间几何关系、丰富的变形模式、折叠诱发的全局强非线性本构关系等给动力学研究带来了很多新挑战和新机遇.本文首先阐述了折纸结构和折纸超材料的研究背景和意义,并简要概述了折纸的基本定义、假设和分类,以及折纸结构和折纸超材料的几何设计、静力学和运动学特性.随后,本文系统回顾了折纸结构和折纸超材料动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)动力学建模及参数辨识方法;(2)动力学理论、有限元和实验分析手段;(3)折叠诱发的动力学行为,包括双稳态和多稳态动力学行为、瞬态动力学行为和波传播动力学行为等;(4)典型动力学应用.本文最后提出了折纸结构和折纸超材料动力学研究中若干值得关注的问题.

OpenGL三维可视化技术在折纸游戏中的应用

本设计将OpenGL三维可视化技术应用于3D折纸游戏中,结合建模软件开发出了一款基于Android的3D多功能折纸APP。这款作品突破了传统折纸APP只能在二维平面展示的局限,实现了多种折纸样式在三维平面内自动折叠。在折叠过程中能通过触屏控制折纸的放大缩小和360度旋转,从而全方位地呈现折纸的每一个细节。本设计还调用手机自带的相机和麦克风,实现由相机拍照作为折纸图案,由麦克风采集声音信号控制折纸的动态变化,增强人机互动。同时本设计还利用服务器实现将图案和声音传送给好友,实现好友间的互动,亦或将信号传递给单片机硬件,实现软硬件同步展示。

考虑非线性本构的非刚性折纸结构动力学建模与分析

折纸结构因其大收纳比、高可控性、可重构、制造装配简单以及设计多样等优势,在航天、生物医学、建筑、机器人、材料科学等工程领域有着广阔的应用前景.随着折纸结构的工程应用越来越广泛,针对低刚度折纸结构的动力学研究愈加重要.本文将非刚性折纸结构等效为带卷簧的空间桁架结构,建立了一种通用的杆–链动力学模型.考虑材料的几何非线性,采用基于Ogden超弹性本构的杆单元来模拟折痕和虚拟折痕,可适用于作大范围运动并具有大变形的折纸结构.引入非线性卷簧来体现折痕的抗弯作用,相较于传统的卷簧本构模型,本文提出的改进的非线性卷簧本构模型具有更强的通用性和鲁棒性,能够有效避免接触碰撞动力学中折叠面的穿透.基于虚功原理,建立了考虑阻尼效应的非刚性折纸多体系统的动力学方程,并采用变步长的广义-α法求解.最后,对三种经典折叠形式的非刚性折纸结构进行动力学仿真,验证了本文提出的杆–链动力学模型的准确性和高效性.通过施加虚拟折痕和修正初始构型,有效解决了刚性折纸模型中展开和收拢过程的锁定问题.与刚性折纸模型相比,杆–链动力学模型具有更好的数值模拟通用性,并能够给出具有大变形张紧构型.在此基础上,揭示了非刚性折纸结构复杂的动力学行为,并对多稳态、瞬态动力学和波动力学特性进行分析.

单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构

针对一些特定功能小卫星需要可展式的功能结构,如可展天线、可展太阳能电池阵列,提出一种单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构。展示了用于设计该机构的机构构型,研究发现此种构型不仅可将平面结构进行折展,也能将可包络回转曲面的锥形结构进行折展。进而提出了用于机构设计的几何模型及为快速判断机构的几何尺寸是否满足设计要求的近似几何模型。通过算例及仿真校验,发现近似几何模型可以进行快速判断。同时该机构具有较高折叠效率,适用于尺寸约束严格的小卫星。

基于Kresling折纸构型的空间结构可控失稳模式研究

基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失稳模式进行控制。该文建立了采用有限质点法进行索、杆、膜结构计算的基本流程,通过对Kresling双稳态失稳模式的分析验证了分析方法的有效性。对Kresling索杆模型、索杆膜模型、嵌套模型的失稳模式进行了分析,研究了弹性模量、预应力水平和结构布置对结构失稳模式和结构应变能的影响。实现了双层Kresling模型的失稳模式控制,为设计破坏可控的智能结构提供了一种新的方法。

折纸艺术运用在服装造型中的设计表现和结构工艺技法

为将折纸艺术更好地运用到服装造型的塑造上,并实现折纸艺术服装所特有的立体表现力,从折纸设计的表现技法和折纸设计的结构工艺技法方面阐述了折纸造型服装的塑型实现方法,并分析了折纸造型设计表现技法中的几何结构性设计和寓意仿生性设计的具体设计表现形式。结果表明,通过运用折纸造型结构工艺技法中的装饰型折纸、嵌入式折纸、拼接组合式折纸、重复组合式折纸、局部延展性折纸和整体性折纸的塑型技法,可实现具有结构刚性和复杂性的折纸艺术与服装造型塑造的融合,从而达到充分发挥折纸艺术独特造型美感和艺术风格的效果。

基于DNA折纸术求解可满足性问题的计算模型

DNA折纸术是一种全新的DNA自组装方法,具有可编程性、纳米可寻址性等优点,被广泛地应用于DNA计算中。利用DNA折纸术可折叠出特殊结构的特点,在DNA折纸基底上设计了一种求解可满足性问题的计算模型,该模型采用分子信标原理,通过观察荧光的明灭排除非解,从而找出可满足性问题的解。最后通过实例和模拟仿真表明了模型的可行性。