几何梯度折纸防护梁

抗屈曲高吸能

该梁通过折纸-剪纸协同的轴向折叠机制，将弯曲变形转换为整体塑性耗散，避免局部压溃，实现高效能量吸收。

Ruoqi, He · 陈耀 · Ye, Wangjie · 陈振宇 · 谢天宇 · 冯健 · Sareh, Pooya

International Journal of Mechanical Sciences 2026

技术优势

消除局部塑性铰

剪纸折纸梁将弯曲变形转换为轴向折叠模式，使塑性变形扩散分布，防止压缩区局部失效。

保持截面完整性

加载时折叠机制触发拉胀响应，使压缩区致密化，抑制局部屈曲，从而维持截面形状。

提高材料利用率

几何梯度的引入优化了材料分布，同时增强能量耗散并减小水平推力。

应用场景

• 结构防护：用作防护梁，以轴向折叠方式耗散碰撞能量，替代易局部压溃的传统弯曲梁。
• 轻质吸能结构：通过折纸几何实现轻质高吸能，在同等重量下提升防护性能。
• 航空航天防护：为弯曲防护场景（如航天器缓冲结构）提供抗屈曲的高效吸能方案。
• 智能防护结构：基于折纸的可编程性，根据防护需求设计变形模式，实现智能吸能。
• 增材制造结构：可通过3D打印制造复杂折纸几何，便于快速制备和定制梯度结构。