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传统折纸艺术为诸多工程结构的创新性设计提供了大量灵感，对航天装备、机器人、医疗设备等带来了与众不同的解决思路。折纸结构具有易于制造、无需组装、轻质、概念简单等大量优点。随着人们对折纸结构理论和工程的深入研究以及计算机技术的发展，折纸技术作为现代设计领域一个重要灵感来源已经超越单纯的艺术追求，在新型力学超材料/结构设计领域发挥着举足轻重的作用。广州大学特种装备先导技术研究中心的智能材料和结构动力学分析与设计团队近期对三浦金属折纸管的动态特性进行了研究，利用实验和数值方法揭示了该新型结构具有大范围动态调控特性。团队利用严格的数学理论设计了一种三浦折纸管结构，其几何拓扑构型由5个独立的几何参数确定，分别为折纸单元的长度a、宽度b、平行四边形锐角β、折叠角θ、周期性排列个数n。几何设计过程如图1所示。采用5步制备法，制备了三组新型三浦折纸管样品(图2)，并对其进行了动态特性实验测试，这里使用了非接触式激光传感器，保证了测试精度(图3)。

图1 几何设计过程

图2 5步制备法

图3 动态性能测试

 研究发现通过调整折叠角可以实现归一化固有频率在非常广泛的范围内调节，见图4所示。进一步研究了关键几何参数改变对动态位移的大范围调控特性，揭示了几何参数对三浦折纸管不同平面动态刚度的定量影响。最后，发展了一种结构多目标优化设计策略，使三浦折纸管的一阶固有频率最大，并使动态位移幅值最小，得到一系列Pareto解，可供设计人员根据不同实际需求进行选择。本研究为轻质、动态大范围调控需求的诸多工程领域提供了一种新的解决思路。团队在三浦折纸管动态调控理论解方面正在进一步的研究中，期待工作可以尽快发表。

图4 归一化固有频率

本研究第一作者为中心刘杰副教授，该工作得到中心主任文桂林教授以及RMIT University谢亿民院士的指导，中心硕士生欧海锋、博士生曾嵘参与了具体内容，并与湖南大学周加喜副教授、华北电力大学龙凯副教授合作完成。

本研究得到国家自然科学基金重点项目(11832009)和面上项目(11672104)的资助。感兴趣的读者请参阅论文：

Liu, J., Ou, H., Zeng, R., Zhou, J., Long, K., Wen, G., & Xie, Y. M. (2019). Fabrication, dynamic properties and multi-objective optimization of a metal origami tube with Miura sheets. Thin-Walled Structures, 144, 106352.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0263823119306500