机构是由刚体或有承载能力的物体连接而成的组合,连接时使它们在运动中彼此具有确定的相对运动。直接利用现有机构构造开合结构,将机械和结构的概念融合起来,对促进结构的发展非常有利。本文从一种简单且对称的空间过约束连杆机构形式——三轴对称六连杆出发,构造可展式和翻转开启式开合结构。 首先,回顾了开合结构的发展历史、分类和工程应用情况以及本文的研究背景,给出了机构和连杆机构的定义以及分类情况,详细介绍了三轴对称六连杆的基本形式和特点。 三轴对称六连杆在满足特定几何关系时,具有可完全折叠成一束,且可展开成平面等边三角形的特点。提出组合多个三轴对称六连杆单元构造可展式结构的几种网格形式,并通过结合模型来分析结构运动的协调性,讨论这些网格形式是否可形成无限延伸的可展式网格结构体系。 引入四面体旋转环(kaleidocycle)这种特殊空间连杆机构,根据其原理提出一种翻转开启式开合结构。从开合结构基本几何参数出发,给出确定这类开合结构形体几何尺寸的计算公式,并建立结构与相应三轴对称六连杆之间的参数关系。以结构的旋转铰轴线倾斜角度为变量,得到运动几何协调关系方程。分析基本几何参数取不同值时,支座位移、开启率和开启速率随结构开启的变化关系,并讨论关键几何参数对结构开合性能和开合特点的影响,制作了结构模型。 然后,对翻转开启式开合结构进行了受力性能分析,开启角度取不同值时,得到结构的位移和应力。分析结构从闭合状态逐渐开启过程中,结构应力和位移的变化关系,并根据结构受力特点分析结构形式存在的不足之处。提出几种结构形式的优化方法,分别为五面体结构形式,支座平面四连杆形式,网格结构形式和张膜结构形式几种方法,并对这些结构形式进行了几何分析和力学分析,制作了结构模型。