一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元制造技术

本发明专利技术涉及一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元，包括八个立方块，八个相同L形板和十个相同矩形板，八个立方块分别置于正方体的八个顶点处，整体构成新的类立方体结构，八个立方块分别为A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8，每个立方块共有十二条边均可作为连接边，矩形板上有两个连接边，分别位于两个短边上且相互平行异面，L形板由两个全等的上述矩形板通过短边焊接而成，且长边相互垂直，L形板共有三个连接边相互平行异面，其中第一连接边为两个矩形状板短边焊接处，本设计具有单自由度、可完全折叠、折叠过程中可三个方向同时收缩，可无限扩展、稳定性好，在航空航天、土木工程等领域具有重要意义和广泛的应用前景。重要意义和广泛的应用前景。重要意义和广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元
[0001]

[0002]本专利技术涉及一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元。
[0003]
技术介绍

[0004]可展结构由于自身具有大的折展比，通过变形可适应多种应用场景，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；拉胀结构由于其受拉膨胀、受压收缩的力学特性，是近年来出现的新型结构和功能材料；当拉胀结构受到外部冲击时，能从一种形态转换为另一种形态，将能量吸收起来，而当外部冲击结束后，又能从另一种形态返回到初始形态，具有良好的吸能特性。
[0005]虽然可展结构以及拉胀结构的研究发展都相对成熟，但是具有拉胀性能的可展结构却缺乏深层次研究，这种结构能在不同形态之间变换，具有良好的吸能效果，目前研究大部分都具有自由度多，拉胀性能只在二维出现等特点，这些特点都极大的限制了其在工业领域方面的应用。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术的目的针对以上不足之处，提供了一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元。
[0008]本专利技术解决技术问题所采用的方案是，一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元，其特征在于：包括八个立方块、八个相同的L形板和十个相同的矩形板；八个立方块分别置于正方体的八个顶点处，整体构成新的类立方体结构；八个立方块分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，其中A1、A2、A3、A4的中心位于类立方体结构前侧构成第一平面，A1、A2、A5、A6的中心位于上侧构成第二平面，A5、A6、A7、A8的中心位于后侧构成第三平面，A3、A4、A7、A8的中心位于下侧构成第四平面，A1、A3、A5、A7的中心位于左侧构成第五平面，A2、A4、A6、A8的中心位于右侧构成第六平面；每个立方块共有十二条边均可作为连接边，矩形板上有两个连接边，分别位于两个短边上且相互为平行异面，左边为第一连接边、右边为第二连接边，L形板由两个相同的上述矩形板通过短边焊接而成，且长边相互垂直，L形板共有三个连接边相互为平行异面，其中第一连接边为两个矩形状板短边焊接处，其余两短边分别为第二连接边、第三连接边；所述八个L形板和十个矩形板共组成四组C形连接模块和一组V形连接模块，每组C形连接模块是由两个的L形板和两个的矩形板组成的面对称结构，两个的L形板分别是上L形板和下L形板，两个矩形板分别是上矩形板和下矩形板；上L形板的第三连接边通过转动副与下L形板的第三连接边连接，上矩形板的第一连接边通过转动副与一个上L形板的第二连接边连接，下矩形板的第一连接边通过转动副与下L形板的第二连接边连接；C形连接模
块上共有四个与各立方块的连接位置，上矩形板的第二连接边为第一连接位置；上L形板的第一连接边为第二连接位置；下L形板的第一连接边为第三连接位置；下矩形板的第二连接边为第四连接位置；C形连接模块的第二连接位置的转动副和第三连接位置的转动副轴线所形成的平面与C形连接模块上、下对称面垂直，C形连接模块的开口方向为该平面的法线且由第二连接位置指向第一连接位置方向，每组V形连接模块由两个矩形板在其第一连接边处通过转动副连接而成，V形连接模块中，第一矩形板的第二连接边为第一连接位置，第二矩形板的第二连接边为第二连接位置。
[0009]进一步的，上述C形连接模块的四个连接位置在第一平面中分别与A1立方块右侧下底边连接边、A2立方块左侧下底边连接边、A3立方块右侧上顶边连接边、A4立方块左侧上顶边连接边连接；C形连接模块的四个连接位置在第二平面中分别与A1立方块后侧右侧边连接边、A2立方块后侧左侧边连接边、A5立方块前侧右侧边连接边、A6立方块前侧左侧边连接边连接；C形连接模块的四个连接位置在第三平面中分别与A5立方块右侧下底边连接边、A6立方块左侧下底边连接边、A7立方块右侧上顶边连接边、A8立方块左侧上顶边连接边连接；C形连接模块的四个连接位置在第四平面中分别与A3立方块后侧右侧边连接边、A4立方块后侧左侧边连接边、A7立方块前侧右侧边连接边、A8立方块前侧左侧边连接边连接；C形连接模块的四个连接位置在第五平面中分别与A1立方块后侧下底边连接边、A5立方块前侧下底边连接边、A3立方块后侧上顶边连接边、A7立方块前侧上顶边连接边连接；C形连接模块的四个连接位置在第六平面中分别与A2立方块后侧下底边连接边、A6立方块前侧下底边连接边、A4立方块后侧上顶边连接边、A8立方块前侧上顶边连接边连接；结构单元仅截取上述六组C形连接模块中的四组，四组C形连接模块两两均分为两对，八个立方块所构成的六个平面均分为三组，且第一平面和第三平面为一组、第二平面和第四平面为一组、第五平面和第六平面为一组，两对C形连接模块在三组平面中任选两组平面连接，即如选择第一平面、第三平面、第五平面和第六平面（如图1所示），第一平面、第三平面、第二平面和第四平面（如图15所示），或者第二平面、第四平面、第五平面和第六平面（如图16所示）；且每组平面中的C形连接模块开口方向不一致。
[0010]所述的一组V形连接模块的两个连接位置可通过转动副连接三组平面中任意一组平面相邻两连接边，相邻两连接边需处于同一水平或竖直线上，且V形连接模块连接位置的转动副轴线需垂直于所有C形连接模块连接位置处的转动副轴线。
[0011]进一步的，在不发生干涉的前提下，在六个平面中增加若干个C形连接模块和若干个V形连接模块；在不发生干涉的前提下，所有立方块、C形连接模块和V形连接模块设定合适的厚度。
[0012]进一步的，有且仅有一对C形连接模块中任一组由四组V形连接模块替换，原C形连接模块中的一块L形板由两块矩形板替换，使得原C形连接模块可由三组V形连接模块替换组成类似的C形；第四组的V形连接模块连接位置的转动副轴线垂直于所有C形连接模块连接位置处的转动副轴线。
[0013]进一步的，以上述八个立方块所形成的单元作为基本单元，通过阵列以相同的连接方式无限扩展得到更大型结构。
[0014]进一步的，完全折叠式时C形连接模块中的矩形板底面与立方块右侧面完全贴合，
L形板的底面与立方块的左侧面完全贴合，矩形板的另一底面与L形板的另一底面完全贴合，可实现三个方向尺寸同时变小，单自由度折叠到最小体积状态。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：具有单自由度、可展比大、可完全折叠、折叠过程中可三个方向同时收缩，可无限扩展、稳定性好，在航空航天、土木工程等领域具有重要意义和广泛的应用前景。
[0016]附图说明
[0017]下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。
[0018]图1一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元结构示意图；图2是矩形板结构示意图；图3是L形板结构示意图；图4是V形连接模块结构示意图；图5是C形连接模块结构示意图；图6是前侧第一平面结构示意图；图7是后侧第三平面结构示意图；图8是左侧第五平面结构示意图；图9是右侧第六平面结构示意图；图10是整体单元空间展开结构示意图；图11是整体单元完全折叠结构示意图；图12替换一组C形连接模块结构示意图；图13特殊条件板厚度为零时整体单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元，其特征在于：包括八个立方块、八个相同的L形板和十个相同的矩形板；八个立方块分别置于正方体的八个顶点处，整体构成新的类立方体结构；八个立方块分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，其中A1、A2、A3、A4的中心位于类立方体结构前侧构成第一平面，A1、A2、A5、A6的中心位于上侧构成第二平面，A5、A6、A7、A8的中心位于后侧构成第三平面，A3、A4、A7、A8的中心位于下侧构成第四平面，A1、A3、A5、A7的中心位于左侧构成第五平面，A2、A4、A6、A8的中心位于右侧构成第六平面；每个立方块共有十二条边均可作为连接边，矩形板上有两个连接边，分别位于两个短边上且相互为平行异面，左边为第一连接边、右边为第二连接边，L形板由两个相同的上述矩形板通过短边焊接而成，且长边相互垂直，L形板共有三个连接边相互为平行异面，其中第一连接边为两个矩形状板短边焊接处，其余两短边分别为第二连接边、第三连接边；所述八个L形板和十个矩形板共组成四组C形连接模块和一组V形连接模块，每组C形连接模块是由两个的L形板和两个的矩形板组成的面对称结构，两个的L形板分别是上L形板和下L形板，两个矩形板分别是上矩形板和下矩形板；上L形板的第三连接边通过转动副与下L形板的第三连接边连接，上矩形板的第一连接边通过转动副与一个上L形板的第二连接边连接，下矩形板的第一连接边通过转动副与下L形板的第二连接边连接；C形连接模块上共有四个与各立方块的连接位置，上矩形板的第二连接边为第一连接位置；上L形板的第一连接边为第二连接位置；下L形板的第一连接边为第三连接位置；下矩形板的第二连接边为第四连接位置；C形连接模块的第二连接位置的转动副和第三连接位置的转动副轴线所形成的平面与C形连接模块上、下对称面垂直，C形连接模块的开口方向为该平面的法线且由第二连接位置指向第一连接位置方向，每组V形连接模块由两个矩形板在其第一连接边处通过转动副连接而成，V形连接模块中，第一矩形板的第二连接边为第一连接位置，第二矩形板的第二连接边为第二连接位置。2.根据权利要求1所述的一种可无限扩展的单自由度拉胀结构单元，所述C形连接模块的四个连接位置在第一平面中分别与A1立方块右侧下底边连接边、A2立方块左侧下底边连接边、A3立方块右侧上顶边连接边、A4立方块左侧上顶边连接边连接；C形连接模块的四个连接位置在第二平面中分别与A1立方块后侧右侧边连接边、A2立方块后侧左侧边连接边、A5立方块前侧右侧边连接边、A6立方块前侧左侧边连接边连接；C形连接模块的四个连接位置在第三平面中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富富，杨飞雨，漆俭，林维炜，宋振鲁，张俊，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：