纸滤芯的流体流动与纸折变形的数字化仿真研究

滤芯过滤过程的仿真是空气滤清器设计过程中关键的设计方法。过滤材料在数值仿真中视为一种多孔介质,为了解决多孔–流体结构相互作用的问题,本文研究了一种有效的算法,从建模和离散两种技术方向出发,采用扩展的任意拉格朗日欧拉坐标法,在流体问题和弹性问题之间相互迭代,使用特殊的数值方法来求解分离的方程组。本文使用Navier-Stokes-Brinkman方程组,基于四边形网格上的有限体积离散化,使用多点通量近似(MPFA)方法来实现粗糙和拉伸四边形网格上精确的数值解,最后通过试验室测量结果对仿真结果进行了验证,证明了通过算法得到的变形量数值解与试验结果具有精准的一致性,说明该算法可以有效预测流体作用下的纸折变形量。

纸折螺旋桨和直升机的自动降落

通过对纸折螺旋桨的动力学分析,解释了纸折螺旋桨旋转下落的力学原理,指出了纸折螺旋桨升力的产生与直升机自动降落和自转旋翼机升力的产生原理相同,实现了认识力学原理从玩具到工程实际的迁移.

空气滤清器纸滤芯纸折过滤过程仿真研究

联合应用GeoDict和MATLAB,构建了一种计算折状过滤材料过滤特性的专用计算方法,通过把微观模型获取的特性参数代入到纸折模型中,可以在宏观与微观之间求解纸折模型的过滤仿真结果,仿真结果与实验室试验结果的比较表明,在压力降和容尘量方面,最大平均误差小于8%,仿真结果与实验结果达到很好的一致性.

空间构型的纸折模型

介绍纸折正四面体、正八面体和正方锥形的简易制作方法，并推广应用于制作天然硅盐的多种复杂阴离子结构及某些多酸阴离子结构的模型．

综合与实践:以问题解决为导向的主题活动教学——以探究“纸折正五边形”为例

文章基于问题解决和《义务教育数学课程标准(2022年版)》发展“三会”数学核心素养的要求,以问题链的形式设计“综合与实践”主题活动教学。研究者建议教师应挖掘初中数学教材“折纸”内容,开展“纸折正五边形”主题学习活动,并根据教学过程和学生的课后反馈进行思考总结。

由“纸折飞马”说开去

一年级湘版美术教材中有一课内容为《折纸动物》,这是一堂集折、剪、撕、贴、画为一体的综合制作课。一张普通的纸,能变成小狗、长颈鹿、斑马、老虎、狮子等不同种类的立体动物,以此来培养学生保护动物,爱护生态的意识。这一课的内容虽然简单,却给了笔者很多启示。美术教育的探索之路也许是没有尽头的,每一次的教学,孩子们都会给老师带来新的惊喜,把这些"惊喜"积累起来,加以总结合理运用。

纸折多面体的制做及应用

为了快速、准确地找到分子所属点群,本文介绍了30种用纸制做多面体的简易方法。

一种新型黄纸折纸机的研制

为了解决黄纸纸质粗糙柔软,不易加工的缺点,设计了一种新型黄纸折纸机,具有自动进纸、分纸、折纸等功能,通过SolidWorks三维建模软件建立折纸机的整体结构以及模拟工作过程,用AutoCAD对关键零件尺寸的设计,然后通过MATLAB工程分析软件分析关键零件的结构与性能,反复模拟得出折纸机折纸的最佳效果。在工厂制造样机,再通过现场折纸的试验表明该黄纸折纸机的折纸速度较快、方便折叠,并且减少了折纸过程中产生的粉尘,保证了折纸工人的身体健康。

做中学,折出让学生深度学习的数学课——以“用A4纸折等腰三角形”为例

文章通过折纸活动引导学生发现A4纸中的长、宽之比,通过“折一折”“想一想”“说一说”“试一试”等活动让学生感悟等腰三角形性质和判定的综合应用,在活动中发展学生的实践操作能力和数学思考能力,丰富学生的数学活动经验,培养学生的应用意识和创新意识,进一步提升学生适应现代生活的数学学科核心素养.

小折纸 大趣味--以“纸折花卉”为例谈折纸教学

文章以“纸折花卉”为例,从视频导入、研读图例、实践操作、拓展研究四个方面出发,通过对基本型折纸方法的学习,让学生掌握扎实的折纸技能,引导学生自主创新。

当你拿起纸折汽车时

语文课上,同学们都在认真地听钱老师讲课,坐在后排的张浩同学却用纸折起小汽车来。由于他专心折纸,以至于钱老师走到他的身边时他也没有发现。当钱老师拿起他的小汽车时,他吓得不知所措。张浩上课做小动作已不止一次了,这时他以为钱老师必将撕毁小汽车,罚他站在教室前“

走入现实的王子与他的纸折大象

无怪乎小时候看过格林童话、安徒生童话,就是没看过《小王子》,原来根本就是成人的童话.今年是《小王子》出版75周年之际,一场“小王子75周年纪念展”在诚品生活苏州登场,并通过中国现代折纸艺术家刘通复刻的小王子的童话世界,令人耳目一新.

仿生六足折纸机器人结构设计与运动分析

针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下,该机器人单足具有2个自由度,此时将机器人腿部顶点等效为关节,轴线折痕等效为连杆,建立机器人腿部的平面连杆等效模型,并以折面夹角为运动变量,通过仿真计算得出机器人足端的理论运动范围.利用楔形面板技术对折面增厚并避免相邻折面发生物理干涉,建模得到折纸仿螃蟹六足机器人的三维模型.基于平面连杆的等效模型,分析折面夹角与足端运动之间的联系,设计确定机器人的足端运动轨迹与运动步态.利用3D打印技术设计并制作折纸仿生六足机器人试验样机,基于STM32单片机控制实现了机器人三横向角步态运动.结果表明,该折纸仿生机器人可以实现平面构型到仿螃蟹构型的转换,在6条腿的协同运动下,机器人可以平稳地左右横向移动.

高速自适应双稳态折纸软体夹持器设计与分析

提出了一种单顶点多折痕(single-vertex and multi-crease,SVMC)的双稳态折纸软体夹持器,具有结构简单、成本低、变形速度快、承载能力强等优点,有效改善了传统模型响应速度慢、夹持效率低等缺陷。该模型基于水弹结构建立,利用球面三角形余弦定理分析了折痕角度之间的关系并建立运动学方程;同时借助扭簧模型探究变形过程中的势能转化规律。分析了折痕长度与初始角度对能力存储和释放过程的影响,并以此为基础优化了模型结构参数。实验结果表明,当受到2.6 N的外部触发力时,软体夹持器可在61 ms内完成从外展姿态到内缩状态的变化,实现对目标表面的快速包络;同时,借助线绳驱动提供更大的夹紧力,完成对目标的高效稳定抓取。此模型可广泛应用于复杂轮廓目标抓取和快速食品分拣领域。

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。

基于DNA折纸订书钉链折叠的信息加密策略

DNA折纸结构是蕴含复杂序列折叠信息的纳米结构,为发展具有超大密钥空间的信息加密技术提供了新思路。该文设计了一种能够充分发挥DNA折纸结构信息特征的信息加密策略,与先前利用DNA折纸骨架链折叠的思路不同,该文基于订书钉链集合的非线性组合特征,提出通过探索其更为广阔的折叠多样性来实现更大的密钥空间。该策略的密钥空间计算模型分解为订书钉链的结合域模式、协同折叠以及独立性3个因素,分别考虑了订书钉链的链内区段分布性、链间排布多样性以及序列特异性。以上3种因素的组合,使单位几何空间内DNA折纸的折叠多样性更有效地转化为密钥空间。该策略是一种基于生物分子热力学的加密方式,为扩展信息安全的应用场景提供了新的可能。

微型飞行器扑翼表面集成变形折纸天线

多数微型飞行器(MAV)集成的天线为固定结构,仅具有单一工作频段,为了扩大微型飞行器集成天线的工作频段覆盖范围,采用柔性介质基板设计具有频率可变特性和双频特性的扑翼表面集成折纸天线。折纸天线二维平面结构的谐振频率为915 MHz和2.49 GHz;集成至扑翼表面的三维立体结构的谐振频率分别变为990,950 MHz和1.83 GHz, 940 MHz和1.76 GHz。采用聚酰亚胺(PI)基底加工的天线测试结果表明,天线工作频段覆盖2 G、4 G与5 G通信系统多个频段,实现了频率可变特性。

堆叠三浦折纸隔振器理论模型及低频隔振特性

低频振动衰减速度慢难以控制,严重影响高端装备的精度、稳定性和可靠性.线性隔振器因承载能力和隔振频带之间的固有矛盾无法有效隔离低频振动.因此,可通过引入非线性获得等效负刚度和非线性刚度构建准零刚度隔振器,以实现低频隔振.折纸结构具有双稳态、负泊松比和负刚度等独特的力学特性,近年来得到了广泛关注.受堆叠三浦折纸(stacked Miura-ori,SMO)启发,提出了一种新型SMO隔振器,由SMO结构和线性弹簧并联构成.基于能量法推导了SMO结构的势能方程,获得了竖直方向的力-位移关系,揭示了SMO结构大行程负刚度机理.研究了无应力条件下不同初始角和折痕刚度比对SMO隔振器的恢复力的影响规律,阐明了SMO隔振器非线性刚度调节机制.建立了SMO隔振器的理论模型,基于谐波平衡法推导了位移传递率.通过数值仿真研究了不同负载下的低频隔振性能.最后研制了SMO隔振器的原理样机,试验验证了SMO隔振器的恢复力和低频隔振性能.结果表明,折纸隔振器峰值频率可低至1.52 Hz,最小峰值传递率为1.29.本研究为低频折纸隔振结构的设计提供了一种新思路.

折纸艺术在现代灯具设计中的转化方式研究

理性探讨折纸艺术在现代灯具设计中的转化方式。首先围绕概念,分类,特征论述了折纸艺术相关的理论,并对现代灯具产品设计的研究现状进行了分析,总结出同质化现象普遍和文化内涵性不高两个现有问题,然后围绕形态美感科学结构情感内涵3个层面分析了折纸艺术转化到灯具设计中的可能性。结合日常生活中的折纸艺术与现代灯具融合的案例分析,从单一转化,整合转化,创新转化3个角度提出了折纸艺术在现代灯具设计中的3种转化方式。将折纸艺术转化到现代灯具设计中无论是对折纸艺术层面,还是对现代灯具产品层面,均具有积极意义,有助于拓展现代灯具产品设计的创新思路,有助于丰富现代灯具产品的文化内涵,有助于促进折纸艺术的传承与多元化发展。