二重对称Bricard 6R机构的运动学通解

可展结构可通过变更自身形状适应多种工作状态,具有大折展比、便于运输和储藏等优点,在航空航天、土木建筑、军事工程等领域具有广阔的应用前景.其中,利用空间过约束机构组建的机构式可展结构还具有便于操控和可多次重复使用等优势,是可展结构发展的一个重要方向.本文提出的一种新型二重对称Bricard 6R机构,具有较好的对称性,为机构式可展结构提供了一种潜在基本单元.为便于应用,本文对其运动学通解进行了求解.首先,通过D-H方法建立闭环运动方程,推导了该机构的运动学通解.其次,通过分析两条运动轨迹的交点,明确了分岔位置.接着,给出了该机构的另一运动模式——球面4R机构模式的条件以及运动规律方程.最后,以α=3π/2、γ=π/2、a=15、r=5的二重对称Bricard 6R机构为例,通过实物模型与运动学曲线相匹配的方式,验证了运动学通解的正确性.

基于二重对称剪纸的新型超材料胞元结构的设计与特性分析

新型机械超材料结构通常由一些简单的单元(称之为胞元)通过三维规则阵列组合而成。得益于超常的物理特性,这些机械超材料结构往往具有轻质高强度、多稳态、优异能量吸收能力等优点,正成为众多领域的热门研究方向。为进一步丰富超材料结构种类,需探索更多优质胞元结构。折纸结构具有结构简单、便于折叠等优势,为构建超材料胞元提供了一种重要方式。利用一种具有较好对称的剪纸图案--二重对称剪纸图案,提出一种具有负泊松比特性且单自由度折展的二重对称剪纸胞元。通过分析胞元结构的几何参数对折展运动的影响,发现胞元具有一定的拉胀(即负泊松比)特性,当剪纸的设计变量γ趋近于0时,该胞元趋于经典的内凹蜂窝结构。相较于后者,所提出的胞元还具备单自由度折展特性,为快速搭建吸能结构提供了便利。该胞元结构利用折叠后的物理干涉产生的自锁效应,使得其处于折叠极限状态下具有负载能力。通过静态压缩试验,发现二重对称剪纸芯比内凹蜂窝结构具有更优异的负载能力,是一种优异的纸质超材料结构。该胞元的提出,为探索更多新型超材料结构提供了可能,还为之奠定了理论分析基础。