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基于Kresling折纸结构的软体管道机器人设计 被引量:1
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作者 韩伟涛 温涛 +1 位作者 刘磊 胡俊峰 《工程设计学报》 北大核心 2025年第1期72-81,共10页
针对传统刚性管道机器人体积大、对非结构化环境适应性差等缺陷,设计了一种基于Kresling折纸结构的软体管道机器人。受蠕动爬行方式启发,软体管道机器人以塔簧-Kresling折纸结构作为伸缩结构,以硅胶摩擦带作为摩擦结构。该机器人的最大... 针对传统刚性管道机器人体积大、对非结构化环境适应性差等缺陷,设计了一种基于Kresling折纸结构的软体管道机器人。受蠕动爬行方式启发,软体管道机器人以塔簧-Kresling折纸结构作为伸缩结构,以硅胶摩擦带作为摩擦结构。该机器人的最大负载为自身质量的5.9倍,最大水平爬行速度为25.14mm/s,在垂直管道中的爬行速度可达9.96mm/s。随后,分析了伸缩结构类型,Kresling折纸结构的收缩长度、材质与角度参数以及摩擦力等因素对机器人爬行速度的影响。最后,制作了机器人样机并通过实验展示了机器人在不同内径、倾斜角度、形状的管道中爬行的可行性。结果表明,所设计的机器人具有良好的适应性和灵活性,能利用Kresling折纸结构的柔顺性来适应复杂管道环境,这为管道探测、检修等应用提供了新颖的方式。 展开更多
关键词 kresling折纸结构 软体管道机器人 伸缩结构 摩擦结构 柔顺性
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基于Kresling折纸结构的气动爬壁机器人设计与性能分析
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作者 楚凯 张宇 +3 位作者 王家梁 周浩 舒申 胡俊峰 《工程设计学报》 北大核心 2025年第2期182-190,共9页
以柔性材料为主体的软体爬壁机器人可通过被动变形或主动变形来改变自身形状,以适应复杂的壁面环境。但由于柔性材料的低刚度和滞后性,现有软体爬壁机器人普遍存在驱动力不足及运动稳定性差的问题,严重制约了其实际应用。针对该问题,基... 以柔性材料为主体的软体爬壁机器人可通过被动变形或主动变形来改变自身形状,以适应复杂的壁面环境。但由于柔性材料的低刚度和滞后性,现有软体爬壁机器人普遍存在驱动力不足及运动稳定性差的问题,严重制约了其实际应用。针对该问题,基于Kresling折纸结构设计了一种可灵活爬行的气动爬壁机器人。该机器人由锚定模块和伸缩模块组成,锚定模块利用吸盘在负压状态下的吸附作用来实现在壁面上的锚定,伸缩模块采用以Kresling折纸结构和塑料薄膜封皮为主体的软连续体结构,可实现伸展和收缩。通过实验测得,所设计的机器人可在坡度为0°~90°的光滑壁面上实现速度为25~28 mm/s的稳定爬行,且对不同材质的壁面均具有良好的适应性。结果表明,基于Kresling折纸结构的气动爬壁机器人不仅能够在不同坡度、不同材质的壁面上双向爬行,还能基于伸缩模块的柔顺性在壁面上灵活转弯,这可为软体爬壁机器人的设计和优化提供新思路。 展开更多
关键词 软体爬壁机器人 软连续体结构 kresling折纸结构 适应性 双向爬行
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基于Water Bomb折纸结构的软体机器鱼设计与性能分析
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作者 张宇 楚凯 +3 位作者 舒申 王家梁 周浩 胡俊峰 《工程设计学报》 北大核心 2025年第3期326-333,共8页
目前,以刚性材料为主体制作的机器鱼在水中具有良好的控制精度和较快的游动速度,但由于刚性材料自身的刚度较高,机器鱼通常无法很好地适应水中的狭窄通道。为了解决上述问题,将折纸结构应用于机器鱼的结构设计,设计了一种可在水中通过... 目前,以刚性材料为主体制作的机器鱼在水中具有良好的控制精度和较快的游动速度,但由于刚性材料自身的刚度较高,机器鱼通常无法很好地适应水中的狭窄通道。为了解决上述问题,将折纸结构应用于机器鱼的结构设计,设计了一种可在水中通过狭窄通道且具有良好游动性能的软体机器鱼。该机器鱼由头部、躯干和尾部组成,其中:躯干部分采用Water Bomb折纸结构,利用折纸结构的收缩和膨胀来实现躯干部分的径向变化;尾部利用软体折纸驱动器的弯曲来实现摆动,从而实现机器鱼的前行和转弯。通过实验测得了机器鱼在水箱中的运动情况,其最高游动速度为72.67 mm/s,最快转向速度为10.67 (°)/s,且能在最大负载为150 g的条件下稳定运动。结果表明,所设计的机器鱼不仅可以在水中灵活运动,而且能够利用躯干部分的折叠特性通过部分狭窄通道和障碍。这为软体机器鱼的设计与研究提供了一种新思路。 展开更多
关键词 软体机器鱼 软体驱动器 Water Bomb结构 叠特性
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纳米折纸的原理及工程实践方法
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作者 李欢笑 李康第 +2 位作者 王灿 马小飞 张育新 《材料导报》 北大核心 2025年第11期193-202,共10页
折纸是一门历史悠久的艺术,可以通过不同程度的折叠,使一个偏向平面的物体拥有特殊的三维层面的特点。不仅如此,通过折纸可以得到特定的人工结构,使其泊松比、刚度、模量等力学性能发生转变,从而得到不同于天然材料的特殊性质。纳米折... 折纸是一门历史悠久的艺术,可以通过不同程度的折叠,使一个偏向平面的物体拥有特殊的三维层面的特点。不仅如此,通过折纸可以得到特定的人工结构,使其泊松比、刚度、模量等力学性能发生转变,从而得到不同于天然材料的特殊性质。纳米折纸作为一种新兴的纳米材料,因其独特的力学性能和潜在的应用前景,吸引了广泛的关注。本文详细了介绍纳米折纸的原理,包括其材料特性、力学基础和形变机制。此外,本文还探讨了纳米折纸的工程实践方法并展望纳米折纸技术的未来发展方向和应用领域。 展开更多
关键词 纳米 纳米结构 DNA 纳米结构的稳定性
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斜向低速冲击载荷下多边形旋转拼接折纸管耐撞性研究
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作者 滕晨皓 刘坤澎 +4 位作者 宋志博 陈家玉 周才华 涂昕昊 朱冬妹 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第5期633-649,共17页
为提升车用碰撞盒斜向冲击载荷下耐撞性能,该文创新设计出了一种具有多边形旋转拼接折纸图案的折纸管构型,开展了落锤冲击试验及数值仿真分析.研究发现,冲击载荷下新型折纸管较传统方管具有优异的耐撞性,且最终产生具有高耐撞性能的钻... 为提升车用碰撞盒斜向冲击载荷下耐撞性能,该文创新设计出了一种具有多边形旋转拼接折纸图案的折纸管构型,开展了落锤冲击试验及数值仿真分析.研究发现,冲击载荷下新型折纸管较传统方管具有优异的耐撞性,且最终产生具有高耐撞性能的钻石模式.另外,该文对新型折纸管开展了不同冲击角度下几何参数耐撞性影响研究,数值结果表明,新型折纸管折痕高度比和折痕长度比以及宽厚比的参数变化显著影响折纸管耐撞性,并引发不同变形模式;不同冲击角度下,新型折纸管的平均力F_(ave)和峰值力F_(max)虽然随着冲击角度θ的增大而逐渐下降,但峰值力F_(max)的下降趋势较平均力F_(ave)下降趋势更为显著,且折纸管在不同冲击角度下依旧表现出较高的载荷压溃率η_(CFE).进一步验证了多边形旋转拼接折纸管具有优异的斜向冲击吸能性能. 展开更多
关键词 斜向冲击 薄壁结构 设计 耐撞性
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折纸可充气双稳态可折叠拱梁的承载特性
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作者 赵良杰 孙博华 《土木工程学报》 北大核心 2025年第8期57-68,共12页
临时桥梁在应急抢险和大型商业活动中有关键作用。在前人对折纸结构研究的基础上,提出可充气双稳态可折叠拱梁的几何设计流程。通过平面激光切割,制造所研究的可折叠拱梁,可实现充气展开及真空折叠,其源于折纸的双稳性使拱梁在展开后无... 临时桥梁在应急抢险和大型商业活动中有关键作用。在前人对折纸结构研究的基础上,提出可充气双稳态可折叠拱梁的几何设计流程。通过平面激光切割,制造所研究的可折叠拱梁,可实现充气展开及真空折叠,其源于折纸的双稳性使拱梁在展开后无需维持梁内气压仍可保持展开稳定状态。通过试验研究可折叠拱梁的承载特性,评估范围涵盖结构基本承载特性,以及梁内气压、折展循环、支撑约束和梁宽度对拱梁承载性能的影响。研究结果揭示拱梁的荷载响应与其折叠变形行为之间的紧密关联。特别地,随着拱梁变形增大,内部气压泄露导致结构抗力陡降47%。随着折展循环从1次增加到10~50次,结构峰值强度降低了30%~51%。移除纵向支座约束,使结构初始峰值力降低19%,最大峰值力则降低8%。在拱梁上方增加拱板可使初始峰值力增大112%。增大梁宽则对拱梁强度提升不显著。最后,强化折痕区域强度,以增强单胞在承载时的抗折叠和抗断裂能力,成为提升可折叠拱梁强度的关键策略。 展开更多
关键词 可展开拱梁 承载特性 结构 充气结构 试验研究
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折纸技术在空间结构中的应用和发展 被引量:11
7
作者 刘世毅 王立武 《航天返回与遥感》 CSCD 2020年第6期114-128,共15页
从传统折纸艺术中获取灵感的折纸技术广泛应用于工程领域,便携性、可展开性、小型化和轻量化等优点奠定了其应用于空间结构领域的基础。文章对折纸技术进行了分类:平面折纸具有丰富的折叠形式和大折展比,为空间折展机构提供灵活的单自... 从传统折纸艺术中获取灵感的折纸技术广泛应用于工程领域,便携性、可展开性、小型化和轻量化等优点奠定了其应用于空间结构领域的基础。文章对折纸技术进行了分类:平面折纸具有丰富的折叠形式和大折展比,为空间折展机构提供灵活的单自由度展开方案;圆筒折纸能够产生简便有效的压缩方案,为空间充气展开结构提供形式多样的刚性支撑;折纸镶嵌是折叠芯材和超材料的基础结构,具有质量小、比刚度/强度高、缓冲吸能等特性,以及良好的可设计性和可加工性,是未来空间结构的新选择。文章对空间折纸技术的应用形式和关键技术进行了归纳和总结,并提出了未来发展的思考和建议。 展开更多
关键词 空间结构 充气 镶嵌
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高速自适应双稳态折纸软体夹持器设计与分析
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作者 张长军 杜海彬 +3 位作者 郭山国 杨辉 马俊 张勇 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第9期57-60,66,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 结构 双稳态 软体夹持器 快速响应抓取
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折纸形气动软体驱动器设计与性能分析
9
作者 胡俊峰 陈威龙 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第9期1537-1544,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 结构 软体驱动器 运动学建模 软体抓手
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民间折纸结构在家具设计中应用方法研究 被引量:6
10
作者 辛乐 《家具与室内装饰》 2015年第8期24-25,共2页
民间折纸艺术中的结构构成技巧作为现代家具设计的创意方法,分别从造型,材料、色彩、意象和空间结构方面促进了现代家具设计的创新与表现。创造了折纸艺术造型的直接应用;折纸艺术在其它材料中的表现及应用;折纸结构产生的光影视错觉的... 民间折纸艺术中的结构构成技巧作为现代家具设计的创意方法,分别从造型,材料、色彩、意象和空间结构方面促进了现代家具设计的创新与表现。创造了折纸艺术造型的直接应用;折纸艺术在其它材料中的表现及应用;折纸结构产生的光影视错觉的应用;折纸艺术造型意象的抽象应用;折纸艺术中空间与结构的应用等应用方法,形成了生动有趣、变幻丰富的新的家具风格,丰富视觉美的同时为现代家具设计提供了新的切入点。 展开更多
关键词 民间 结构 现代家具设计
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折纸超结构准静态压缩力学性能分析与优化设计 被引量:2
11
作者 叶红玲 王振祺 王秀华 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期105-113,共9页
为了改进折纸超结构的构型设计,基于Miura折纸原理设计了一种超结构.利用数值仿真分析方法研究了面外准静态压缩力学性能,探讨了折纸超结构的边长比、单元角度、展开角度以及厚度对其压缩过程的变形及能量吸收的影响规律.引入主次影响... 为了改进折纸超结构的构型设计,基于Miura折纸原理设计了一种超结构.利用数值仿真分析方法研究了面外准静态压缩力学性能,探讨了折纸超结构的边长比、单元角度、展开角度以及厚度对其压缩过程的变形及能量吸收的影响规律.引入主次影响分析方法,比较了几何参数对力学性能指标的重要影响程度.基于响应面方法,建立了以初始峰值力最小和比吸能最大为目标、以几何尺寸为约束、以折纸超结构重要影响几何参数为设计变量的优化模型,并采用非支配排序遗传算法对优化模型进行了求解,获得了Pareto前沿最优解.研究结果对于提高折纸超结构的力学性能及构型设计具有一定的理论指导意义. 展开更多
关键词 结构 数值仿真 面外压缩 力学性能 响应面方法 多目标优化
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塔型折纸结构设计与能量吸收特性分析
12
作者 叶红玲 杨瑞冰 王振祺 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期937-947,共11页
为了探究能量吸收特性更加优异的折纸结构,通过对传统扭转塔折纸结构进行改进设计,提出一种具有压扭耦合特性的塔型折纸结构。运用数值仿真分析方法对塔型折纸结构进行准静态压缩实验,结果表明该塔型折纸结构具有峰值压缩力低、平台长... 为了探究能量吸收特性更加优异的折纸结构,通过对传统扭转塔折纸结构进行改进设计,提出一种具有压扭耦合特性的塔型折纸结构。运用数值仿真分析方法对塔型折纸结构进行准静态压缩实验,结果表明该塔型折纸结构具有峰值压缩力低、平台长、扰动小的能量吸收特性。通过改变结构的内圆与外圆半径比、扭转角度、外圆半径与高度比、厚度几何参数,获得几何参数对比吸能、峰值压缩力、压缩力效率等吸能性能的影响规律。研究结果对折纸结构优化设计与结构能量吸收特性分析具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 结构 压扭耦合 数值仿真 准静态压缩 能量吸收 参数影响
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折纸结构和折纸超材料动力学研究进展 被引量:30
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作者 方虹斌 吴海平 +2 位作者 刘作林 张琦炜 徐鉴 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-38,共38页
折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程... 折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随着应用范围的不断扩大,折纸结构和折纸超材料的动力学问题日益突出,不仅涉及其动力学建模和参数辨识,还包括动力学机制分析与实验测试.折纸结构复杂的空间几何关系、丰富的变形模式、折叠诱发的全局强非线性本构关系等给动力学研究带来了很多新挑战和新机遇.本文首先阐述了折纸结构和折纸超材料的研究背景和意义,并简要概述了折纸的基本定义、假设和分类,以及折纸结构和折纸超材料的几何设计、静力学和运动学特性.随后,本文系统回顾了折纸结构和折纸超材料动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)动力学建模及参数辨识方法;(2)动力学理论、有限元和实验分析手段;(3)折叠诱发的动力学行为,包括双稳态和多稳态动力学行为、瞬态动力学行为和波传播动力学行为等;(4)典型动力学应用.本文最后提出了折纸结构和折纸超材料动力学研究中若干值得关注的问题. 展开更多
关键词 结构 超材料 动力学建模 叠动力学 多稳态动力学 瞬态动力学 波动力学
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基于DNA折纸订书钉链折叠的信息加密策略
14
作者 侯晓玲 田卓立 +4 位作者 王建榜 王丽华 李江 张继超 柳华杰 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3771-3776,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 DNA DNA纳米结构 信息加密 密钥空间 自组装
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多稳态串联折纸结构的非线性动力学特性 被引量:15
15
作者 邱海 方虹斌 徐鉴 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期1110-1121,共12页
折纸结构和折纸力学超材料由于其无穷的设计空间、出色的变形能力、超常规力学特性和广泛的应用前景,最近受到了学术界和工程界的广泛关注.特别地,某些折纸结构单胞由于具有独特的双稳态特性而获得深入研究.注意到折纸结构和折纸超材料... 折纸结构和折纸力学超材料由于其无穷的设计空间、出色的变形能力、超常规力学特性和广泛的应用前景,最近受到了学术界和工程界的广泛关注.特别地,某些折纸结构单胞由于具有独特的双稳态特性而获得深入研究.注意到折纸结构和折纸超材料通常由多胞构成,但多胞结构的多稳态特性及其诱发的动力学行为尚不清晰,相关的研究还较少.本文在双稳态Miura-ori堆叠结构单胞的基础上,研究由两个异构双稳态单胞基于力平衡串联而成的结构.静力学分析指出,双胞串联结构具有4个定性不同的稳定构型,呈现出多稳态特征.动力学分析指出,双胞串联结构在4个稳定构型处具有显著不同的固有频率特征.逐渐增大激励幅值,双胞串联结构的多稳态特性诱发出类型丰富的复杂非线性动力学响应,包括亚谐、超谐甚至混沌的阱内和阱间振动.根据幅值特征,我们将稳态动力学响应分为九类,并开展了动力学响应的吸引盆和吸引盆稳定性分析.结果表明,不同类型动力学响应的吸引盆稳定性(即出现概率)显著不同,且与激励幅值密切相关.本文得到的多稳态双胞串联结构的静力学特性、动力学响应的分类,以及吸引盆稳定性相对于激励幅值的演化规律,对深入认识多稳态折纸结构的非线性动力学特性,调控非线性动力学响应具有参考价值和指导意义. 展开更多
关键词 结构 机械超材料 多稳态 吸引盆 吸引盆稳定性
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可控自组装DNA折纸结构作为药物载体的研究进展 被引量:1
16
作者 仵宇帅 尚颖旭 +1 位作者 蒋乔 丁宝全 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期218-231,共14页
在过去的几十年里, DNA纳米技术作为一种快速发展的可控自组装技术,使人们能构建出各种复杂的纳米结构. DNA折纸结构具备可编程性、空间可寻址性、易修饰性及良好的生物相容性等多种优越的特性,这些优异的性质使其在药物递送方面具有广... 在过去的几十年里, DNA纳米技术作为一种快速发展的可控自组装技术,使人们能构建出各种复杂的纳米结构. DNA折纸结构具备可编程性、空间可寻址性、易修饰性及良好的生物相容性等多种优越的特性,这些优异的性质使其在药物递送方面具有广阔的应用前景.本文总结了近年来可控自组装DNA折纸结构作为药物递送系统的研究进展,展望了DNA折纸纳米载体未来的发展方向,并讨论了该领域面临的挑战和可能的解决方法. 展开更多
关键词 可控自组装 DNA结构 药物递送系统
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管状折纸结构的仿乌贼水下机器人设计 被引量:5
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作者 卓超群 胡俊峰 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第1期79-82,86,共5页
为了增强仿乌贼游动方式的水下机器人环境适应能力,设计了一种基于气动软体驱动器驱动的仿乌贼水下机器人。该水下机器人主要由2个多腔体型气动软体驱动器和管状折纸结构组成,气动软体驱动器和管状折纸结构采用螺栓联接,为水下机器人提... 为了增强仿乌贼游动方式的水下机器人环境适应能力,设计了一种基于气动软体驱动器驱动的仿乌贼水下机器人。该水下机器人主要由2个多腔体型气动软体驱动器和管状折纸结构组成,气动软体驱动器和管状折纸结构采用螺栓联接,为水下机器人提供所需的推进动力。基于Yeoh本构模型和力矩平衡原理,建立气动软体驱动器的运动变形模型。通过分析管状折纸结构尺寸参数与水下机器人性能之间的关系,建立水下机器人的存储水量模型。制作样机并搭建实验测试系统,对水下机器人的性能进行测试,说明所提出的水下机器人设计思路的可行性。 展开更多
关键词 仿乌贼水下机器人 喷射推进系统 管状结构
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基于三浦折纸电容式压力传感器的仿真与优化
18
作者 孙鸿 李木军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期120-123,共4页
柔性电容式压力传感器的灵敏度通常随压力的增加而衰减,这可能会影响其在具有环境压力情况下的应用。基于三浦折纸结构的柔性电容式压力传感器由于其特殊的折叠方式,可以同时改变电极之间的距离和正对面积来提高电容的相对变化率。本文... 柔性电容式压力传感器的灵敏度通常随压力的增加而衰减,这可能会影响其在具有环境压力情况下的应用。基于三浦折纸结构的柔性电容式压力传感器由于其特殊的折叠方式,可以同时改变电极之间的距离和正对面积来提高电容的相对变化率。本文通过有限元仿真验证了三浦折纸电容式压力传感器的灵敏度随压力的增加而增大的变化规律。此外,仿真了不同初始二面角和厚度的三浦折纸传感器在不同压力下的电容变化情况,从结构上进行性能优化。 展开更多
关键词 柔性电容压力传感器 三浦结构 灵敏度 有限元仿真
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Diamond折纸管状结构轴向冲击性能分析 被引量:1
19
作者 刘祥 李东恒 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2017年第2期163-169,共7页
为了降低薄壁管状结构受轴向冲击时的初始峰值载荷,将diamond刚性折纸模型引入到薄壁管状结构的设计中.利用有限元分析方法,以方形截面为例,分析了diamond折纸管状结构的轴向冲击性能.结果表明:相比于传统方形薄壁管,diamond折纸管状结... 为了降低薄壁管状结构受轴向冲击时的初始峰值载荷,将diamond刚性折纸模型引入到薄壁管状结构的设计中.利用有限元分析方法,以方形截面为例,分析了diamond折纸管状结构的轴向冲击性能.结果表明:相比于传统方形薄壁管,diamond折纸管状结构具有较低的初始峰值载荷和更加平稳的变形过程.得出了diamond折纸管状结构按折纸预折形式变形的临界条件.分析了diamond折纸管状结构在轴向冲击载荷作用下,底角对初始峰值载荷和平均冲击载荷的影响. 展开更多
关键词 diamond模型 管状结构 轴向冲击 有限元分析
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考虑非线性本构的非刚性折纸结构动力学建模与分析 被引量:2
20
作者 袁婷婷 任昆明 +1 位作者 方雨桥 刘锦阳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2552-2566,共15页
折纸结构因其大收纳比、高可控性、可重构、制造装配简单以及设计多样等优势,在航天、生物医学、建筑、机器人、材料科学等工程领域有着广阔的应用前景.随着折纸结构的工程应用越来越广泛,针对低刚度折纸结构的动力学研究愈加重要.本文... 折纸结构因其大收纳比、高可控性、可重构、制造装配简单以及设计多样等优势,在航天、生物医学、建筑、机器人、材料科学等工程领域有着广阔的应用前景.随着折纸结构的工程应用越来越广泛,针对低刚度折纸结构的动力学研究愈加重要.本文将非刚性折纸结构等效为带卷簧的空间桁架结构,建立了一种通用的杆–链动力学模型.考虑材料的几何非线性,采用基于Ogden超弹性本构的杆单元来模拟折痕和虚拟折痕,可适用于作大范围运动并具有大变形的折纸结构.引入非线性卷簧来体现折痕的抗弯作用,相较于传统的卷簧本构模型,本文提出的改进的非线性卷簧本构模型具有更强的通用性和鲁棒性,能够有效避免接触碰撞动力学中折叠面的穿透.基于虚功原理,建立了考虑阻尼效应的非刚性折纸多体系统的动力学方程,并采用变步长的广义-α法求解.最后,对三种经典折叠形式的非刚性折纸结构进行动力学仿真,验证了本文提出的杆–链动力学模型的准确性和高效性.通过施加虚拟折痕和修正初始构型,有效解决了刚性折纸模型中展开和收拢过程的锁定问题.与刚性折纸模型相比,杆–链动力学模型具有更好的数值模拟通用性,并能够给出具有大变形张紧构型.在此基础上,揭示了非刚性折纸结构复杂的动力学行为,并对多稳态、瞬态动力学和波动力学特性进行分析. 展开更多
关键词 非刚性结构 动力学建模 非线性本构模型 大变形 多稳态
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