(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210150656.6
(22)申请日 2022.02.14
(71)申请人 东南大学
地址 210000 江苏省南京市玄武区四牌楼2
号
(72)发明人 陈力 李琪瑶 袁佳怡 曹铭津
(74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限
公司 32200
专利代理师 徐尔东
(51)Int.Cl.
F41H 5/04(2006.01)
B32B 27/20(2006.01)
B32B 27/06(2006.01)
B32B 13/00(2006.01)
B32B 13/04(2006.01)
B32B 3/08(2006.01)
(54)发明名称
其设计方法
(57)摘要
本发明涉及一种基于Kresling折纸的复合
在上面板和下面板之间设置Kresling折纸芯层；
所述Kresling折纸芯层为上下边界为正n多边
形，侧面由2n个三角形构成；基于Kresling折纸
的新型复合抗爆结构可在不使用时旋转折叠，使
用时展开，通过拼装组合使其固定，从而具有较
好的承载力，同时具有消波性能好，降低运输成
本等优点，
具有较好的工程应用前景。权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 114659408 A 2022.06.24
C N 114659408
A
1.一种基于Kresling折纸的复合抗爆结构，其特征在于：包括上面板和下面板，在上面板和下面板之间设置Kresling折纸芯层；
上面板、Kresling折纸芯层以及下面板构成的抗爆结构本体可拉伸或者折叠。
2.根据权利要求1所述的基于Kresling折纸的复合抗爆结构，其特征在于：所述Kresling折纸芯层为立体结构，其顶面与底面为正n多边形，立体结构的侧壁为n个平行四边形顺次拼接形成，且每个平行四边形分成对称的两个三角形；
当立体结构处于拉伸状态或者折叠状态时，每个三角形与下面板之间形成面折角，且拉伸状态的面折角大于折叠状态的面折角。
3.根据权利要求2所述的基于Kresling折纸的复合抗爆结构，其特征在于：所述立体结构中，相邻两个平行四边形的交接线为山线，将每个平行四边形分成两个三角线的对称线为谷线；
Kresling折纸芯层在折叠时，山线向立体结构内部折叠，谷线向立体结构外部折叠。
4.根据权利要求2所述的基于Kresling折纸的复合抗爆结构，其特征在于：当立体结构处于拉伸状态时，每个三角形与下面板之间形成的面折角范围为70°‑90°；
当立体结构处于折叠状态时，每个三角形与下面板之间形成的面折角范围为0°‑10°。
5.根据权利要求1所述的基于Kresling折纸的复合抗爆结构，其特征在于：所述上面板、下面板的尺寸大于Kresling折纸芯层的尺寸。
6.根据权利要求1所述的基于Kresling折纸的复合抗爆结构，其特征在于：所述上面板与下面板采用FRP材料或者混凝土制作。
7.根据权利要求1所述的基于Kresling折纸的复合抗爆结构，其特征在于：所述Kresling折纸芯层采用金属材料制作。
8.根据权利要求1至7任一所述基于Kresling折纸的复合抗爆结构的设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤S1：定义正n多边形的边长为a，平行四边形的高为h，每个平行四边形中三角形的
锐角夹角为整个平行四边形的锐角夹角为
步骤S2：定义拉伸状态的面折角为α
1，折叠状态的面折角为α
2
；
步骤S3：通过设定的α
1和α
2
，求解以及
步骤S4：确定正n多边形的边长a，结合以及的值，获得平行四边形的高度h，平行四边形的另一条边长b；
步骤S5：通过步骤S1‑步骤S4，获取所述抗爆结构本体的各个参数，然后将所述Kresling折纸芯层与所述上面板和下面板连接，形心位于同一铅锤线上，此时所述抗爆结构本体处于可折叠状态；
步骤S6：通过步骤S1‑步骤S4，获取所述抗爆结构本体的各个参数，将多个抗爆结构本体依次拼接，相
邻的上面板以及相邻的下面板相连，此时多个抗爆结构本体构成的结构处于不可折叠状态。
9.根据权利要求8所述基于Kresling折纸的复合抗爆结构的设计方法，其特征在于：
步骤S3中，将拉伸状态的面折角为α
1、折叠状态的面折角为α
2
代入公式
其中，λ1＝cos α1，λ2＝cos α2，求得
10.根据权利要求9所述基于Kresling折纸的复合抗爆结构的设计方法，其特征在于：将x 1、λ1以及λ2代入公式
λ1λ2x 1x 2＝1求得其中，
一种基于Kresling折纸的复合抗爆结构及其设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于Kresling折纸的复合抗爆结构及其设计方法，属于复合抗爆防护结构。
背景技术
[0002]战争中的子弹射击，流弹冲击，严重威胁官兵得生命安全，而民间的烟花厂，化工厂等，也常因爆炸事故的发生造成惨重的经济损失和人员伤亡，新型抗爆结构的设计与研究迫在眉睫。现有的钢筋混凝土式防护体系自重大，构筑和搬运不便，且需要较长得时间进行养护，性能易受温度变化的影响；填土式的防护体系依赖作战区域的土地资源，应用范围受限，这都推动着新型防护结构的出现，在满足防护等级的基础上同时具有轻量化，装配式的特点。
[0003]已有研究表明，多层的复合抗爆结构可通过层间波阻抗的失配对爆炸冲击波进行衰减，防护效果较好。现有的复合抗爆结构中常选用蜂窝、波纹等结构用作芯层，在一定程度上满足了防护需求，但现有的结构仍存在体积大，运输不便的缺点，且其消波能力和承载力都有进一步提高的空间。因此亟需研究出一种新型的抗爆结构，使其能够解决运输不便问题的同时提高消波、承载力。
发明内容
[0004]本发明提供一种基于Kresling折纸的复合抗爆结构及其设计方法，具有可折展的特性，不仅显著降
低爆炸冲击波，而且降低了抗爆结构的运输成本。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种基于Kresling折纸的复合抗爆结构，包括上面板和下面板，在上面板和下面板之间设置Kresling折纸芯层；
[0007]上面板、Kresling折纸芯层以及下面板构成的抗爆结构本体可拉伸或者折叠；[0008]作为本发明的进一步优选，所述Kresling折纸芯层为立体结构，其顶面与底面为正n多边形，立体结构的侧壁为n个平行四边形顺次拼接形成，且每个平行四边形分成对称的两个三角形；
[0009]当立体结构处于拉伸状态或者折叠状态时，每个三角形与下面板之间形成面折角，且拉伸状态的面折角大于折叠状态的面折角；
[0010]作为本发明的进一步优选，所述立体结构中，相邻两个平行四边形的交接线为山线，将每个平行四边形分成两个三角线的对称线为谷线；
[0011]Kresling折纸芯层在折叠时，山线向立体结构内部折叠，谷线向立体结构外部折叠；
[0012]作为本发明的进一步优选，当立体结构处于拉伸状态时，每个三角形与下面板之间形成的面折角范围为70°‑90°；
[0013]当立体结构处于折叠状态时，每个三角形与下面板之间形成的面折角范围为0°‑
10°；
[0014]作为本发明的进一步优选，所述上面板、下面板的尺寸大于Kresling折纸芯层的尺寸；
[0015]
作为本发明的进一步优选，所述上面板与下面板采用FRP材料或者混凝土制作；
[0016]作为本发明的进一步优选，所述Kresling折纸芯层采用金属材料制作；
[0017]基于所述Kresling折纸的复合抗爆结构的设计方法，具体包括以下步骤：
[0018]步骤S1：定义正n多边形的边长为a，平行四边形的高为h，每个平行四边形中三角形的锐角夹角为整个平行四边形的锐角夹角为
[0019]步骤S2：定义拉伸状态的面折角为α1，折叠状态的面折角为α2；[0020]
步骤S3：通过设定的α1和α2，求解以及
[0021]步骤S4：确定正n多边形的边长a，结合以及的值，获得平行四边形的高度h，平行四边形的另一条边长b；
[0022]步骤S5：通过步骤S1‑步骤S4，获取所述抗爆结构本体的各个参数，然后将所述Kresling折纸芯层与所述上面板和下面板连接，形心位于同一铅锤线上，此时所述抗爆结构本体处于可折叠状态；
[0023]步骤S6：通过步骤S1‑步骤S4，获取所述抗爆结构本体的各个参数，将多个抗爆结
构本体依次拼接，
相邻的上面板以及相邻的下面板相连，此时多个抗爆结构本体构成的结构处于不可折叠状态；
[0024]作为本发明的进一步优选，
[0025]步骤S3中，将拉伸状态的面折角为α1、折叠状态的面折角为α2代入公式
[0026]
[0027]
其中，λ1＝cos α1，λ2＝cos α2，求得[0028]
作为本发明的进一步优选，将x 1、λ1以及λ2代入公式[0029]
λ1λ2x 1x 2＝1
[0030]求得其中，[0031]通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0032]1、本发明采用在上面板和下面板之间设置Kresling折纸芯层的抗爆结构本体，使得消波性以及承载力得到明显的提高；
[0033]2、本发明提供的抗爆结构本体可以进行折叠，方便运输携带，降低了成本。附图说明
[0034]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0035]图1是本发明提供的优选实施例的拉伸以及折叠示意图；
[0036]图2是本发明提供的优选实施例中Kresling折纸芯层平面展开图；
[0037]图3是本发明提供的优选实施例中单个平行四边形的几何参数示意图；
[0038]图4是本发明提供的优选实施例中Kresling折纸芯层的几何参数示意图；
[0039]图5是将本发明提供的优选实施例多个拼接形成的示意图；
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