CN113445666B - 可快速搭建的三明治板可动夹心层结构及其扩展方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可快速搭建的三明治板可动夹心层结构及其扩展方法，包括若干相似的等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角形模块Ⅱ以及具有4个连接边轴对称的六边形模块，处于非边缘的等腰三角形模块的底连接边与另一个等腰三角形模块的底连接边相连，且这两个等腰三角形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的上底连接边与另一个六边形模块的上底连接边相连，处于非边缘的六边形模块的下底连接边与另一个六边形模块的下底连接边相连，且这两个六边形模块完全相同；等腰三角形模块与六边形模块连接时，一个六边形模块至多与两个等腰三角形模块相连；依次连接形成单闭环的4个六边形模块和2个等腰三角形模块产生1个镂空菱形。该结构将单自由度折展变化为三明治板的可动夹心层，可以精确且快速地变化三明治板厚度，以及时应对突发状况。

Description

可快速搭建的三明治板可动夹心层结构及其扩展方法
技术领域
本发明涉及一种可快速搭建的三明治板可动夹心层结构及其扩展方法。
背景技术
折纸这项由日本列为国粹的艺术近几年来得到工程师们的广泛关注，尤其时Miura-ori，这种折纸模式可以单自由度得从一种二维平面状态折展呈三维状态，再折展呈新的二维平面状态。有工程时就将这样的结构运用到了航天飞行器的太阳能板上，也有人研究将其三维状态作为三明治板的夹心层，可实现三明治板的厚度可变。但将Miura-ori应用于这种层叠结构并不理想，其承重能力并不优异，因此需要一种新的折纸结构来实现可变厚度三明治板这一应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可快速搭建的三明治板可动夹心层结构及其扩展方法，该结构将单自由度折展变化为三明治板的可动夹心层，可以精确且快速地变化三明治板厚度，以及时应对突发状况。
本发明的技术方案在于：一种可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，包括若干等腰三角形模块Ⅰ、等腰三角形模块Ⅱ和具有4个连接边轴对称的六边形模块，等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角模块Ⅱ为相似三角形，处于非边缘的等腰三角形模块的底连接边与另一个等腰三角形模块的底连接边相连，且这两个等腰三角形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的上底连接边与另一个六边形模块的上底连接边相连，处于非边缘的六边形模块的下底连接边与另一个六边形模块的下底连接边相连，且这两个六边形模块完全相同；等腰三角形模块与六边形模块连接时，一个六边形模块至多与两个等腰三角形模块相连，根据分布需求从以下四种组合方式选择其一：①②、①④、②③、③④；其中：①处于非边缘的六边形模块的右上腰连接边与一个等腰三角形模块Ⅰ的左腰连接边相连、②处于非边缘的六边形模块的左上腰连接边与另一个等腰三角形模块Ⅰ的右腰连接边相连、③处于非边缘的六边形模块的右下腰连接边与一个等腰三形角模块Ⅱ的左腰连接边相连、④处于非边缘的六边形模块的左下腰连接边与另一个等腰三角形模块Ⅱ的右腰连接边相连；依次连接形成单闭环的4个六边形模块和2个等腰三角形模块产生1个镂空菱形。
进一步地，所述等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角形模块Ⅱ的三条边均为连接边；六边形模块的两条底边为连接边，另外2条腰连接边按具体结构分别分布在对称轴的两侧；当等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角形模块Ⅱ及六边形模块的连接边处于非边缘时须连接且仅连接两个相邻模块。
进一步地，各模块的角度之间需满足：六边形模块的左腰角和右腰角分别与其相邻的等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ的底角互补；各模块的长度之间需满足：六边形模块的右上腰边与等腰三角形模块Ⅰ的左腰边等长；六边形模块的左上腰边与等腰三角形模块Ⅰ的右腰边等长；六边形模块的右下腰边与等腰三角形模块Ⅱ的左腰边等长；六边形模块的左下腰边与等腰三角形模块Ⅱ的右腰边等长。
进一步地，所有模块均通过转动副活动连接，且连接边两两重合；展开呈平面状态下所有六边形模块的底连接边与相邻的所有等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ的底连接边平行或共线。
进一步地，展开呈平面状态下基础单元由四个等腰三角形模块Ⅰ、四个等腰三角形模块Ⅱ和十个六边形模块组合成；排布方式为：一个六边形模块沿垂直对称轴方向平移阵列五个模块，再关于六边形模块的下底连接边轴对称；四个等腰三角形模块Ⅱ排布在右边三列处，且三条连接边均被连接；四个等腰三角形模块Ⅰ排布在左边三列处，且两条腰连接边均被连接，底连接边未被连接。
进一步地，基础单元在展开呈平面状态下存在运动分叉，具有三类单自由度运动模式。
进一步地，展开呈平面状态下，基础单元可沿垂直底连接边方向进行纵向扩展n行六边形模块，同时可沿平行六边形模块底连接边方向以3n个六边形模块及2n个等腰三角形模块Ⅰ或第二等腰三角形模块Ⅱ的数量进行横向扩展，且横向拓展时需满足2n个等腰三角形模块Ⅰ与2n个等腰三角形模块Ⅱ交错拓展。
进一步地，展开呈平面状态下，在拓展的结构中，每个等腰三角形模块Ⅰ、等腰三角形模块Ⅱ和六边形模块均构成单个连接单元，当任意一个连接单元运动模式为Miura-ori模式时，其纵向拓展的任意连接单元与其运动模式相同，其横向拓展的任意连接单元的运动模式为两个方向运动的Miura-ori模式中的任意一种；当任意一个连接单元运动模式为有且仅有底连接边处转动副运动的模式时，其纵向拓展的任意连接单元可保持平面状态或与其运动模式相同，其横向拓展的任意连接单元与其运动模式相同；当任意一个连接单元运动模式为所有转动副运动的模式时，其结构中的任意连接单元均与其运动模式相同。
进一步地，展开呈平面状态下，整体结构存在运动分叉，折展过程为单自由度的运动模式有两类，其中一类单自由度运动模式呈Miura-ori模式，另一类折展呈多个类圆柱面状结构横向阵列；当六边形模块与等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ角度任意时，均可满足以上运动规律；当且仅当六边形模块与等腰三角形模块Ⅱ满足确定的角度关系时，可实现单自由度折展呈多个类三角形截面管横向交错排布的结构。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：此结构的基础单元机构为二重对称Bricard 6R机构，利用特定的排列方式将此类机构组合在此剪纸结构中，使得该剪纸结构折展过程呈现单自由度，且可进行无限拓展。此结构优点在于单自由度折展变化为三明治板的可动夹心层，可以精确且快速地变化三明治板厚度，以及时应对突发状况。
具有可展性能，折展过程中为单自由度。展开状态下为平面状态，可折展成多个类三角形截面管紧密拼接的三维结构，能够承重，可用做三明治板的夹心层。由于该结构的单自由度折展性，使得三明治板能够实现厚度上的可逆变化，且遇到紧急情况，可以快速精准地变化三明治板的厚度，及时处理突发状况。本发明结构简单，由两类具有3个连接边的等腰三角形模块与一类具有4个连接边的六边形模块相互连接而成，可根据用户的需求来拼接单元，具有扩展性，可适用于大尺度空间可展。
附图说明
图1是本发明两个相似的具有3个连接边的等腰三角形模块结构示意图；
图2是本发明具有4个连接边轴对称的六边形结构示意图；
图3是本发明基础排列方式结构示意图；
图4是本发明实施例完全展开状态的机构示意图；
图5是本发明实施例折叠呈环面密闭的管状结构的折展中状态示意图；
图6是本发明实施例完全折叠呈环面密闭的管状结构示意图（加粗线条表示结构边界）；
图7是本发明多个模块构建折叠呈环面密闭的管状结构示意图；
图8是本发明多个模块构建折叠呈环面密闭的管状结构示意图的正视图。
图中：AB-等腰三角形模块Ⅰ的底连接边、BC-等腰三角形模块Ⅰ的右腰连接边、AC-等腰三角形模块Ⅰ的左腰连接边、ab-等腰三角形模块Ⅱ的底连接边、bc-等腰三角形模块Ⅱ的右腰连接边、ac-等腰三角形模块Ⅱ的左腰连接边、DE-六边形模块的上底连接边、EF-六边形连接单元的右上腰连接边、FG-六边形模块的右下腰边、GH-六边形模块的下底连接边、HI-六边形模块的左下腰连接边、ID-六边形模块的左上腰连接边；
T1-第一三角形连接单元、T2-第二三角形连接单元、T3-第三三角形连接单元、T4-第四三角形连接单元、T5-第五三角形连接单元、T6-第六三角形连接单元、T7-第七三角形连接单元、T8-第八三角形连接单元、T9-第九三角形连接单元、T10-第十三角形连接单元、T11-第十一三角形连接单元、T12-第十二三角形连接单元、H1-第一六边形连接单元、H2-第二六边形连接单元、H3-第三六边形连接单元、H4-第四六边形连接单元、H5-第五六边形连接单元、H6-第六六边形连接单元、H7-第七六边形连接单元、H8-第八六边形连接单元、H9-第九六边形连接单元、H10-第十六边形连接单元、H11-第十一六边形连接单元、H12-第十二六边形连接单元、H13-第十三六边形连接单元、H14-第十四六边形连接单元、H15-第十五六边形连接单元；
R1-第一转动副、R2-第二转动副、R3-第三转动副、R4-第四转动副、R5-第五转动副、R6-第六转动副、R7-第七转动副、R8-第八转动副、R9-第九转动副、R10-第十转动副、R11-第十一转动副、R12-第十二转动副、R13-第十三转动副、R14-第十四转动副、R15-第十五转动副、R16-第十六转动副、R17-第十七转动副、R18-第十八转动副、R19-第十九转动副、R20-第二十转动副、R21-第二十一转动副、R22-第二十二转动副、R23-第二十三转动副、R24-第二十四转动副、R25-第二十五转动副、R26-第二十六转动副、R27-第二十七转动副、R28-第二十八转动副、R29-第二十九转动副、R30-第三十转动副、R31-第三十一转动副、R32-第三十二转动副、R33-第三十三转动副、R34-第三十四转动副、R35-第三十五转动副、R36-第三十六转动副、R37-第三十七转动副、R38-第三十八转动副。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图8
一种可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，包括若干等腰三角形模块Ⅰ、等腰三角形模块Ⅱ和具有4个连接边轴对称的六边形模块，等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角模块Ⅱ为相似三角形。
等腰三角形模块中有底连接边、左腰连接边、右腰连接边，两腰连接边的夹角为顶角，左腰连接边与底连接边的夹角为左底角，右腰连接边与底连接边的夹角为右底角。六边形模块中有上底连接边、下底连接边，与下底连接边相邻的边为左下腰连接边、右下腰连接边，与上底连接边相邻为左上腰连接边、右上腰连接边，左上腰连接边与左下腰连接边相邻，右上腰连接边与右下腰连接边相邻，下底连接边与左、右两下腰连接边的夹角分别为左底角、右底角，上底连接边与左、右两上腰连接边的夹角分别为左顶角、右顶角，两条左腰连接边的夹角为左腰角，两条右腰连接边的夹角为右腰角。
本实施例中，所述等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角形模块Ⅱ的三条边均为连接边；六边形模块的两条底边为连接边，另外2条腰连接边按具体结构分别分布在对称轴的两侧；当等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角形模块Ⅱ及六边形模块的连接边处于非边缘时须连接且仅连接两个相邻模块。
本实施例中，处于非边缘的等腰三角形模块的底连接边与另一个等腰三角形模块的底连接边相连，且这两个等腰三角形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的上底连接边与另一个六边形模块的上底连接边相连，处于非边缘的六边形模块的下底连接边与另一个六边形模块的下底连接边相连，且这两个六边形模块完全相同。
等腰三角形模块与六边形模块连接时，一个六边形模块至多与两个等腰三角形模块相连，根据分布需求从以下四种组合方式选择其一：①②、①④、②③、③④；其中：①处于非边缘的六边形模块的右上腰连接边与一个等腰三角形模块Ⅰ的左腰连接边相连、②处于非边缘的六边形模块的左上腰连接边与另一个等腰三角形模块Ⅰ的右腰连接边相连、③处于非边缘的六边形模块的右下腰连接边与一个等腰三形角模块Ⅱ的左腰连接边相连、④处于非边缘的六边形模块的左下腰连接边与另一个等腰三角形模块Ⅱ的右腰连接边相连；依次连接形成单闭环的4个六边形模块和2个等腰三角形模块产生1个镂空菱形。
上述各模块的角度之间需满足：六边形模块的左腰角和右腰角分别与其相邻的等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ的底角互补。各模块的长度之间需满足：六边形模块的右上腰边与等腰三角形模块Ⅰ的左腰边等长；六边形模块的左上腰边与等腰三角形模块Ⅰ的右腰边等长；六边形模块的右下腰边与等腰三角形模块Ⅱ的左腰边等长；六边形模块的左下腰边与等腰三角形模块Ⅱ的右腰边等长。
本实施例中，满足上述条件下，所有模块的连接边之间均通过转动副活动连接，且连接边两两重合；展开呈平面状态下所有六边形模块的底连接边与相邻的所有等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ的底连接边平行或共线。即图1、图2所示，AC=BC=EF=DI，ac=bc=FG=HI，上底连接边DE、下底连接边GH与对称轴垂直，右上腰连接边EF、左上腰连接边ID关于对称轴对称，右下腰连接边FG、左下腰连接边HI关于对称轴对称。图3、图4所示，即等腰三角形模块Ⅰ的AB连接边与相邻的一个完全相同的等腰三角形模块Ⅰ的AB连接边连接并重合；等腰三角形模块Ⅱ的ab连接边与相邻的一个完全相同的等腰三角形模块Ⅱ的ab连接边连接并重合；六边形模块的DE连接边与相邻的一个完全相同的六角形模块的DE连接边连接并重合；六边形模块的GH连接边与相邻的一个完全相同的六角形模块的GH连接边连接并重合；六边形模块的EF连接边与相邻的等腰三角形模块Ⅰ的BC连接边连接并重合；六边形模块的ID连接边与相邻的等腰三角形模块Ⅰ的AC连接边连接并重合；六边形模块的FG连接边与相邻的等腰三角形模块Ⅱ的bc连接边连接并重合；六边形的HI连接边与相邻的等腰三角形模块Ⅰ的ac连接边连接并重合。
本实施例中，等腰三角形模块Ⅰ均与相邻的一个完全相同的等腰三角形模块Ⅰ通过一个编号相同的转动副活动连接。
本实施例中，等腰三角形模块Ⅱ均与相邻的一个完全相同的等腰三角形模块Ⅱ通过一个编号相同的转动副活动连接。
本实施例中，六边形模块均与相邻的一个完全相同的六边形模块通过一个编号相同的转动副活动连接。
本实施例中，六边形模块与相邻的一个等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ通过一个编号相同的转动副活动连接。
本实施例中，展开呈平面状态下基础单元由四个等腰三角形模块Ⅰ、四个等腰三角形模块Ⅱ和十个六边形模块组合成。基础单元排布方式为：一个六边形模块沿垂直其对称轴方向平移阵列五个模块，再关于六边形模块的下底连接边轴对称；四个等腰三角形模块Ⅱ排布在右边三列处，且三条连接边均被连接；四个等腰三角形模块Ⅰ排布在左边三列处，且两条腰连接边均被连接，底连接边未被连接。即图3所示。
本实施例中，上述基础单元在展开呈平面状态下存在运动分叉，具有三类单自由度运动模式。其中包括Miura-ori类、有且仅有底连接边处转动副运动类和所有转动副运动类。
本实施例中，在进行扩展时，展开呈平面状态下基础单元沿垂直底连接边方向进行纵向扩展n行六边形模块，同时沿平行六边形模块底连接边方向以3n个六边形模块及2n个等腰三角形模块Ⅰ或第二等腰三角形模块Ⅱ的数量进行横向扩展，且横向拓展时需满足2n个等腰三角形模块Ⅰ与2n个等腰三角形模块Ⅱ交错拓展。可根据用户需求而决定。
本实施例中，展开呈平面状态下，在拓展的结构中，每个等腰三角形模块Ⅰ、等腰三角形模块Ⅱ和六边形模块均构成单个连接单元，当任意一个连接单元运动模式为Miura-ori模式时，其纵向拓展的任意连接单元与其运动模式相同，其横向拓展的任意连接单元的运动模式为两个方向运动的Miura-ori模式中的任意一种；当任意一个连接单元运动模式为有且仅有底连接边处转动副运动的模式时，其纵向拓展的任意连接单元可保持平面状态或与其运动模式相同，其横向拓展的任意连接单元与其运动模式相同；当任意一个连接单元运动模式为所有转动副运动的模式时，其结构中的任意连接单元均与其运动模式相同。
本实施例中，展开呈平面状态下，整体结构存在运动分叉，折展过程为单自由度的运动模式有两类，其中一类单自由度运动模式呈Miura-ori模式，另一类折展呈多个类圆柱面状结构横向阵列。当六边形模块与等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ角度任意时，均可满足以上运动规律；当且仅当六边形模块与等腰三角形模块Ⅱ满足确定的角度关系时，可实现单自由度折展呈多个类三角形截面管横向交错排布的结构。即图6所示，等腰三角形模块的顶角∠ACB=∠acb=60°、六边形模块顶角∠EFG=∠HID=120°时，可实现单自由度折展呈图6所示的两个类三角形截面管横向交错排布的结构。
图4展示了完全展开状态的机构示意图，第一六边形连接单元H1与第一三角形连接单元T1、第六六边形连接单元H6分别通过第一转动副R1、第九转动副R9活动连接。
第二六边形连接单元H2与第一三角形连接单元T1、第二三角形连接单元T2、第七六边形连接单元H7分别通过第二转动副R2、第三转动副R3、第十转动副R10活动连接。
第三六边形连接单元H3与第二三角形连接单元T2、第三三角形连接单元T3、第八六边形连接单元H8分别通过第四转动副R4、第五转动副R5、第十一转动副R11活动连接。
第四六边形连接单元H4与第三三角形连接单元T3、第四三角形连接单元T4、第九六边形连接单元H9分别通过第六转动副R6、第七转动副R7、第十五转动副R15活动连接。
第五六边形连接单元H5与第四三角形连接单元T4、第十六边形连接单元H10分别通过第八转动副R8、第十九转动副R19活动连接。
第六六边形连接单元H6与第一六边形连接单元H1、第五三角形连接单元T5、第十一六边形连接单元H11分别通过第九转动副R9、第二十转动副R20、第二十四转动副R24。
第七六边形连接单元H7与第五三角形连接单元T5、第二六边形连接单元H3、第六三角形连接单元T6、第十二六边形连接单元H12分别通过第二十一转动副R21、第十转动副R10、第二十二转动副R22、第二十八转动副R28活动连接。
第八六边形连接单元H8与第六三角形连接单元T6、第三六边形连接单元H3、第七三角形连接单元T7、第十三六边形连接单元H13分别通过第二十三转动副R23、第十一转动副R11、第十二转动副R12、第三十二转动副R32活动连接。
第九六边形连接单元H9与第七三角形连接单元T7、第四六边形连接单元H4、第八三角形连接单元T8、第九六边形连接单元H9分别通过第十四转动副R14、第十五转动副R15、第十六转动副R16、第三十三转动副R33活动连接。
第十六边形连接单元H10与第八三角形连接单元T8、第五六边形连接单元H、第十五六边形连接单元H15分别通过第十八转动副R18、第十九转动副R19、第三十四转动副R34活动连接。
第十一六边形连接单元H11与第六六边形连接单元H6、第九三角形连接单元T9分别通过第二十四转动副R24、第二十五转动副R25活动连接。
第十二六边形连接单元H12与第九三角形连接单元T9、第七六边形连接单元H7、第十三角形连接单元T10分别通过第二十七转动副R27、第二十八转动副R28、第二十九转动副R29活动连接。
第十三六边形连接单元H13与第十三角形连接单元T10、第八六边形连接单元H8、第十一三角形连接单元T11分别通过第三十一转动副R31、第三十二转动副R32、第三十五转动副R35活动连接。
第十四六边形连接单元H14与第十一三角形连接单元T11、第九六边形连接单元H9、第十二三角形连接单元T12分别通过第三十六转动副R36、第三十三转动副R33、第三十七转动副R37活动连接。
第十五六边形连接单元H15与第十二三角形连接单元T12、第十六边形连接单元H10分别通过第三十八转动副R38、第三十四转动副R34活动连接。
第十六六边形连接单元H16与第十四三角形连接单元T14、第十二六边形连接单元H12分别通过第四十二转动副R42、第三十六转动副R36活动连接。
第一三角形连接单元T1与第一六边形连接单元H1、第二六边形连接单元H2分别通过第一转动副R1、第二转动副R2活动连接。
第二三角形连接单元T2与第二六边形连接单元H2、第三六边形连接单元H3分别通过第三转动副R3、第四转动副R4活动连接。
第三三角形连接单元T3与第三六边形连接单元H3、第四六边形连接单元H4、第七三角形连接单元T7分别通过第五转动副R5、第六转动副R6、第十三转动副R13活动连接。
第四三角形连接单元T4与第四六边形连接单元H4、第五六边形连接单元H5、第八三角形连接单元T8分别通过第七转动副R7、第八转动副R8、第十七转动副R17活动连接。
第五三角形连接单元T5与第六六边形连接单元H6、第七六边形连接单元H7、第九三角形连接单元T9分别通过第二十转动副R20、第二十一转动副R21、第二十六转动副R26活动连接。
第六三角形连接单元T6与第七六边形连接单元H7、第八六边形连接单元H8、第十三角形连接单元T10分别通过第二十二转动副R22、第二十三转动副R23、第三十转动副R30活动连接。
第七三角形连接单元T7与第八六边形连接单元H8、第三三角形连接单元T3、第九三角形连接单元T9分别通过第十二转动副R12、第十三转动副R13、第十四转动副R14活动连接。
第八三角形连接单元T8与第九六边形连接单元H9、第四三角形连接单元T4、第十六边形连接单元H10分别通过第十六转动副R16、第十七转动副R17、第十八转动副R18活动连接。
第九三角形连接单元T9与第十一六边形连接单元H11、第五三角形连接单元T5、第十二六边形连接单元H12分别通过第二十五转动副R25、第二十六转动副R26、第二十七转动副R27活动连接。
第十三角形连接单元T10与第十二六边形连接单元H12、第六三角形连接单元T6、第十三六边形连接单元H13分别通过第二十九转动副R29、第三十转动副R30、第三十一转动副R31活动连接。
第十一三角形连接单元T11与第十三六边形连接单元H13、第十四六边形连接单元H14分别通过第三十五转动副R35、第三十六转动副R36活动连接。
第十二三角形连接单元T12与第十四六边形连接单元H14、第十五六边形连接单元H15分别通过第三十七转动副R37、第三十八转动副R38活动连接。
图6展示完全折叠状态的结构示意图。固定第八六边形连接单元H8，其左侧机构向纸面内侧收束，其右侧机构向纸面外侧收束，最终达到完全折叠状态。
在此折展过程中，第一六边形连接单元H1、第二六边形连接单元H2、第六六边形连接单元H6、第七六边形连接单元H7所围成的空洞逐渐变小，直至消失；
第二六边形连接单元H2、第三六边形连接单元H3、第七六边形连接单元H7、第八六边形连接单元H8所围成的空洞逐渐变小，直至消失；
第八六边形连接单元H8、第九六边形连接单元H9、第十三六边形连接单元H13、第十四六边形连接单元H14所围成的空洞逐渐变小，直至消失；
第九六边形连接单元H9、第十六边形连接单元H10、第十四六边形连接单元H14、第十五六边形连接单元H15所围成的空洞逐渐变小，直至消失；
本发明中的六边形模块和等腰三角形模块Ⅰ（Ⅱ），其形状、大小、尺寸、材料等均可根据实际应用要求做一定的变换。其材料可选用纸板等可折叠材料或金属等刚性材料。
本发明结构简单，并且可以根据用户实际需求连接多个三角形单元和六边形单元，具有无限扩展可展性。且整个机构在折展过程中可为单自由度，根据确定的角度关系可以将一个平面纸板变换为多个类三角形截面管紧密拼接结构，具有操作性好、展开性好、可重复收拢的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，包括若干等腰三角形模块Ⅰ、等腰三角形模块Ⅱ和具有4个连接边轴对称的六边形模块，等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角模块Ⅱ为相似三角形，其特征在于，处于非边缘的等腰三角形模块的底连接边与另一个等腰三角形模块的底连接边相连，且这两个等腰三角形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的上底连接边与另一个六边形模块的上底连接边相连，处于非边缘的六边形模块的下底连接边与另一个六边形模块的下底连接边相连，且这两个六边形模块完全相同；等腰三角形模块与六边形模块连接时，一个六边形模块至多与两个等腰三角形模块相连，根据分布需求从以下四种组合方式选择其一：①②、①④、②③、③④；其中：①处于非边缘的六边形模块的右上腰连接边与一个等腰三角形模块Ⅰ的左腰连接边相连、②处于非边缘的六边形模块的左上腰连接边与另一个等腰三角形模块Ⅰ的右腰连接边相连、③处于非边缘的六边形模块的右下腰连接边与一个等腰三形角模块Ⅱ的左腰连接边相连、④处于非边缘的六边形模块的左下腰连接边与另一个等腰三角形模块Ⅱ的右腰连接边相连；依次连接形成单闭环的4个六边形模块和2个等腰三角形模块产生1个镂空菱形。
2.根据权利要求1所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，其特征在于，所述等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角形模块Ⅱ的三条边均为连接边；六边形模块的两条底边为连接边，另外2条腰连接边按具体结构分别分布在对称轴的两侧；当等腰三角形模块Ⅰ和等腰三角形模块Ⅱ及六边形模块的连接边处于非边缘时须连接且仅连接两个相邻模块。
3.根据权利要求1或2所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，其特征在于，各模块的角度之间需满足：六边形模块的左腰角和右腰角分别与其相邻的等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ的底角互补；各模块的长度之间需满足：六边形模块的右上腰边与等腰三角形模块Ⅰ的左腰边等长；六边形模块的左上腰边与等腰三角形模块Ⅰ的右腰边等长；六边形模块的右下腰边与等腰三角形模块Ⅱ的左腰边等长；六边形模块的左下腰边与等腰三角形模块Ⅱ的右腰边等长。
4.根据权利要求3所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，其特征在于，所有模块均通过转动副活动连接，且连接边两两重合；展开呈平面状态下所有六边形模块的底连接边与相邻的所有等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ的底连接边平行或共线。
5.根据权利要求1、2或4所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，其特征在于，展开呈平面状态下基础单元由四个等腰三角形模块Ⅰ、四个等腰三角形模块Ⅱ和十个六边形模块组合成；排布方式为：一个六边形模块沿垂直对称轴方向平移阵列五个模块，再关于六边形模块的下底连接边轴对称；四个等腰三角形模块Ⅱ排布在右边三列处，且三条连接边均被连接；四个等腰三角形模块Ⅰ排布在左边三列处，且两条腰连接边均被连接，底连接边未被连接。
6.根据权利要求5所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构，其特征在于，基础单元在展开呈平面状态下存在运动分叉，具有三类单自由度运动模式。
7.一种应用于权利要求5所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构的扩展方法，其特征在于，展开呈平面状态下，基础单元沿垂直底连接边方向进行纵向扩展n行六边形模块，同时沿平行六边形模块底连接边方向以3n个六边形模块及2n个等腰三角形模块Ⅰ或第二等腰三角形模块Ⅱ的数量进行横向扩展，且横向拓展时需满足2n个等腰三角形模块Ⅰ与2n个等腰三角形模块Ⅱ交错拓展。
8.根据权利要求7所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构的扩展方法，其特征在于，展开呈平面状态下，在拓展的结构中，每个等腰三角形模块Ⅰ、等腰三角形模块Ⅱ和六边形模块均构成单个连接单元，当任意一个连接单元运动模式为Miura-ori模式时，其纵向拓展的任意连接单元与其运动模式相同，其横向拓展的任意连接单元的运动模式为两个方向运动的Miura-ori模式中的任意一种；当任意一个连接单元运动模式为有且仅有底连接边处转动副运动的模式时，其纵向拓展的任意连接单元可保持平面状态或与其运动模式相同，其横向拓展的任意连接单元与其运动模式相同；当任意一个连接单元运动模式为所有转动副运动的模式时，其结构中的任意连接单元均与其运动模式相同。
9.根据权利要求7所述的可快速搭建的三明治板可动夹心层结构的扩展方法，其特征在于，展开呈平面状态下，整体结构存在运动分叉，折展过程为单自由度的运动模式有两类，其中一类单自由度运动模式呈Miura-ori模式，另一类折展呈多个类圆柱面状结构横向阵列；当六边形模块与等腰三角形模块Ⅰ或等腰三角形模块Ⅱ角度任意时，均可满足以上运动规律；当且仅当六边形模块与等腰三角形模块Ⅱ满足确定的角度关系时，可实现单自由度折展呈多个类三角形截面管横向交错排布的结构。
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