CN112524471A - 一种带间隙的周期性结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种带间隙的周期性结构，由若干第一菱形单元、若干第二菱形单元构成呈“Z”形的多层结构，所述若干第一菱形单元的各顶点为共顶点，所述第二菱形单元连接上下左右相临的所述第一菱形单元；上下相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上均设置有凸顶点或凹顶点，左右相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上分别设置有凸顶点、凹顶点，所述凸顶点与所述凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙。采用本发明，能够为艺术和工业设计提供新的思路。并且折纸结构的厚度、宽度和长度，以及侧面连通孔隙的大小可以通过调整原折纸构型的参数进行调节，以适应不同的应用场景，本发明也可以用于可展结构。

Description

一种带间隙的周期性结构

技术领域

本发明涉及一种结构设计，尤其涉及一种带间隙的周期性结构。

背景技术

在各领域中，均有关于支撑结构等应用，用于提高结构的支撑强度，而其结构难以进行设计，而近年来折纸提供的丰富造型给艺术、工业和科技的发展带来很多灵感。许多研究人员专门进行折纸的科学研究，为许多领域带来新的技术突破，如机械、力学、材料、控制等。折纸以二维平面材料为原料，通过折叠的原理制造出立体的造型，并可广泛应用于各领域中，现有技术中没有一种有效的结构可以根据实际需要进行设计。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种带间隙的周期性结构。可为艺术和工业设计提供新的思路。并且折纸结构的厚度、宽度和长度，以及侧面连通孔隙的大小可以通过调整原折纸构型的参数进行调节，以适应不同的应用场景。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种带间隙的周期性结构，由若干第一菱形单元、若干第二菱形单元构成呈“Z”形成多层结构，所述若干第一菱形单元的各顶点为共顶点，所述第二菱形单元连接上下左右相临的所述第一菱形单元；上下相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上均设置有凸顶点或凹顶点，左右相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上分别设置有凸顶点、凹顶点，所述凸顶点与所述凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙。

其中，所述凸顶点与所述水平对称轴上的第一顶点之间形成第一折脊、与所述水平对称轴上的第二顶点之间形成第一折谷、与所述第二菱形单元上下两顶点形成第二折脊、第三折脊，所述第一折脊的长度小于所述第一折谷的长度，所述第一顶点两边为折谷，所述第二顶点两边为折脊，所述凹顶点的形成方式与所述凸顶点相反。

其中，所述第一菱形单元的四边与同一线上的所述第二菱形单元的边同为折脊或折谷。

其中，所述第一顶点为锐角。

其中，所述第一菱形单元、第二菱形单元为相同边长。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明的折纸结构可以完全展开成二维平面、完全折叠成二维平面，且折叠过程为连续的机械运动，各板件在折叠过程中均不发生变形。通过控制折叠角度，折叠过程中的中间构型可以在侧面形成连通孔道。该发明创造的折纸结构能够为艺术和工业设计提供新的思路。并且折纸结构的厚度、宽度和长度，以及侧面连通孔隙的大小可以通过调整原折纸构型的参数进行调节，以适应不同的应用场景。

附图说明

图1为折纸结构基本原型结构平面展开图；

图2为图1中A处放大图；

图3为本发明中折纸结构平面展开图；

图4为图3中B处放大图；

图5为折纸结构的三维结构示意图(连通孔隙较小)；

图6为折纸三维结构示意图(连通孔隙较大)。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

为帮助理解并实施本发明，本发明实施例使用如图1的原型进行辅助说明，原结构为由若干交替的平行四边形结构单元构成“Z”字形多层折叠结构。具有若干个指向本发明周期性的折纸结构3外侧的凸顶点3E和若干指向折纸结构3内侧的凹顶点3I。

参照图2所示，凸顶点3E由第一、第二、第三、第四凸顶点折边3E1、3E2、3E3、33汇集于一点构成(第一、第二、第三、第四凸顶点折边3E1、3E2、3E3、33即为第一边a、第二边b、第三边c、第四边d)，第一、第三、第四折边3E1、3E3、33折边为峰折，第二凸顶点折边3E2为谷折，第二凸顶点折边3E2与第一、第三凸顶点折边3E1、3E3之间的夹角分别为α、第四凸顶点折边33与第一、第三凸顶点折边3E1、3E3之间的夹角分别为180°-α。

凹顶点3I由第一、第二、第三、第四凹顶点折边3I1、33、3I3、3I4汇集于一点构成，本发明实施例优选将凸顶点3E的第四凸顶点折边33作为凹顶点3I的第二凹顶点折边，使得凸顶点3E和凹顶点3I排列更密集，第一、第三、第四凹顶点折边3I1、3I3、3I4为谷折，第二凹顶点折边33为峰折，第二凹顶点折边33与第一、第三凹顶点折边3I1、3I3之间的夹角分别为α、第四凹顶点折边3I4与第一、第三凹顶点折边3I1、3I3之间的夹角分别为180°-α。

在图1和图2所述结构的基础上，在上述凸顶点3E、凹顶点3I处构造带间隙结构的菱形单元，参照图3、图4所示。

由此形成了两类菱形单元，一类如单元aJ和aK，内部不具有间隙结构，另一类如单元aE和aI，内部具有间隙结构。两类菱形结构单元间隔排列。

取凸顶点3E交汇处四条边3E1上的中点、3E3上的中点以及33、3E2上的两个点相连成第二菱形单元ABCD，取凹顶点3I交汇处四条边3I1上的中点、3I3上的中点，以及33、3I4上的两个点相连成相临的第二菱形单元FDGH，而凸顶点3E、凹顶点3I形成方式相反，且两者的对称轴为多层折叠结构中各层的边界，第一菱形单元JADF则位各层之中，且与第二菱形单元为共顶点，连接上下左右相临的第二菱形单元。

凸顶点与凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙，具体而言，参照图4，取a边和c边中点作为菱形单元的顶点A和C。点B和点D在b边和d边上选取，使AB连线，BC连线，CD连线，AD连线的长度都相等，构成一个带间隙的菱形单元ABCD(即为第二菱形单元)。AB连线和BC连线为折峰，CD连线和AD连线为折谷。菱形的边长大于AE连线的长度。

参照图4所示，AB、BC连线与第二凸顶点折边3E2的钝角夹角均为α₁，CD、DA连线与第四凸顶点折边33的钝角夹角均为α₁，AB连线与第一凸顶点折边3E1的夹角为180°－α₁+α，BC连线与第三凸顶点折边3E3的夹角为180°－α₁+α，AB、AE之间的夹角和BC、CE之间的夹角均为α₁-α，AE、CE与ED之间的夹角均为180°-α，180°>α₁>90°。

在第一、第二、第三、第四凹顶点折边3I1、33、3I3、3I4上分别取F、D、G、H点，FDGH连线构成带间隙的菱形单元FDGH(即为相临的第二菱形单元)。点F和点G取折边3I1和3I3的中点。点D和点H在33边和3I4边上选取，使FD连线，DG连线，GH连线，HF连线的长度都相等，构成一个带间隙的菱形单元FDGH。FD连线和DG连线为折谷，FH连线和GH连线为折峰。菱形的边长大于AE连线的长度。

参照图4所示，FD、DG连线与第二凹顶点折边33的钝角夹角均为α₁，HG、HF连线与第四凹顶点折边3I4的钝角夹角均为α₁，FD连线与第一凹顶点折边3I1的夹角为180°－α₁+α，GD连线与第三凹顶点折边3I3的夹角为180°－α₁+α，FD、FI之间的夹角和GD、GI之间的夹角均为α₁-α，FI、IG与HI之间的夹角均为180°-α，180°>α₁>90°。

通过此种方式则在原构型的基础上构造出交替排列的菱形单元。新的构型折叠后形成更多层的折叠结构，且侧面能够形成孔隙，且具有更多的耗能板件。

本发明通过需设定夹角α、α₁人参数即可达到所需的折叠孔隙大小。参照图5所示，本发明可形成侧面孔隙较小的折纸结构。参照图6所示，本发明也可形成侧面孔隙较大的折纸结构。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种带间隙的周期性结构，其特征在于，由若干第一菱形单元、若干第二菱形单元构成呈“Z”形成多层结构，所述若干第一菱形单元的各顶点为共顶点，所述第二菱形单元连接上下左右相临的所述第一菱形单元；上下相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上均设置有凸顶点或凹顶点，左右相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上分别设置有凸顶点、凹顶点，所述凸顶点与所述凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的带间隙的周期性结构，其特征在于，所述凸顶点与所述水平对称轴上的第一顶点之间形成第一折脊、与所述水平对称轴上的第二顶点之间形成第一折谷、与所述第二菱形单元上下两顶点形成第二折脊、第三折脊，所述第一折脊的长度小于所述第一折谷的长度，所述第一顶点两边为折谷，所述第二顶点两边为折脊，所述凹顶点的形成方式与所述凸顶点相反。

3.根据权利要求2所述的带间隙的周期性结构，其特征在于，所述第一菱形单元的四边与同一线上的所述第二菱形单元的边同为折脊或折谷。

4.根据权利要求3所述的带间隙的周期性结构，其特征在于，所述第一顶点为锐角。

5.根据权利要求4所述的带间隙的周期性结构，其特征在于，所述第一菱形单元、第二菱形单元为相同边长。

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