Kresling折纸展开动力学

受折纸启发的结构具有丰富的设计空间，为开发可经历大而复杂但可预测形状变换的展开系统提供了新机遇。此类可沿单轴延伸为管状和臂状的结构系统日益受到关注。Kresling折纸图案源于薄圆柱壳的扭转屈曲，并可展现多稳态，为此类用途提供了巨大潜力。然而，关于Kresling折纸展开特性的认识仍很有限。先前的研究仅限于Kresling结构运动学、准静态力学或低幅波响应，而其展开过程中伴随大形状变化的动力学行为尚待探索。这些动力学对系统设计与控制过程至关重要，但由于强非线性、双稳态以及离轴运动的可能性而十分复杂。为推进该领域前沿，本研究旨在揭示具有不同系统几何与操作策略的Kresling结构展开动力学。我们建立并采用完整的六自由度模型来洞察轴向与离轴动力学响应，揭示关键几何参数的变化可能导致具有定性不同力学响应的区域。结果表明动态展开对初始条件变化与几何设计微小变动十分敏感。进一步分析展示了特定几何与构型如何影响各类轴向与离轴变形模式的刚度，为设计高效展开且抑制离轴扰动影响的系统提供指导。总体而言，研究成果表明基于Kresling的设计在具有鲁棒且可调性能的展开系统中具有强大潜力。