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本文的研究《具有变泊松运动特性的剪叉式折展机构运动学分析》（Kinematics analysis of scissor deployable mechanism with variable poisson motion characteristics）由畅博彦（天津工业大学）、闫圣杰（天津工业大学）、梁栋（天津工业大学）、关鑫（天津工业大学）和韩芳孝（天津工业大学）共同完成，发表在期刊《工程设计学报》（Chinese Journal of Engineering Design）2024年第31卷第1期。

该研究属于机械工程领域的机构学分支，旨在提高折展机构的折展率和支撑性能。背景知识表明，折展机构在航空航天等领域有广泛应用，但传统材料多为正泊松比，负泊松比材料因其抗剪承载力等优势受到关注。该研究团队创新性地提出了一种具有变泊松运动特性的剪叉式折展机构，其主要目标是：开发兼具高度可展性和变泊松比特性的新型机构，为支撑结构设计提供理论基础。研究采用了理论分析、有限元仿真和实验验证相结合的方法。

研究首先提出单闭环厚板支撑单元，通过ANSYS Workbench分析其在不同形状夹芯层下的支撑性能，发现该结构比传统几字形、蜂窝形等夹芯层轻量且刚度更好。特别发现当夹角θ在60°-120°间变化时，结构可实现正/负泊松比的切换。在运动学分析阶段，基于螺旋理论绘制旋量约束拓扑图，证明该机构具有单自由度特性。通过建立三层正四边形剪叉式机构的运动学模型，推导出位移、速度和加速度方程，经MATLAB计算与ADAMS仿真对比验证了模型准确性。研究还创新性地定义了”泊松运动特性系数”vp=bcosθ/[2a(sinθ-1)]，发现该系数仅与几何参数a、b相关，与层数无关。实验方面采用3D打印技术制作了实物样机，当θ∈(0°,90°)时呈现负泊松比效应，θ∈(90°,180°)时则呈现正泊松比效应。

研究的关键数据包括：在50N载荷下，采用θ=60°厚板单元的三明治结构最大应力1.5941MPa，变形量9.4735×10-5mm，质量仅622.406g；运动学仿真显示驱动杆角度变化时，转动副d32在x方向位移与θ正相关，z方向位移呈先增后减趋势。这些结果证实了该机构通过调节θ值即可实现泊松比特性的主动控制。

研究结论指出：1）新设计的剪叉式折展机构兼具单自由度驱动和泊松比可调特性；2）模块化扩展设计实现了运动行程的等比放大；3）建立的变泊松比量化公式为支撑结构设计提供了理论工具。该成果的科学价值在于拓展了可展机构的力学性能调控维度，应用价值体现在航空航天展开机构、医疗微型器械等领域。特别是当θ接近90°时，微小高度变化即可引起显著截面尺寸变化的特性，在空间可展开天线等需要精密形变控制的场景中具有独特优势。

研究的创新点主要体现在：1）首次将变泊松比特性引入剪叉式折展机构设计；2）提出的单闭环厚板单元实现了支撑刚度和轻量化的平衡；3）发展的模块化纵向扩展方法解决了大伸缩比机构的设计难题。这些创新为后续可编程机械超材料的研究奠定了基础。研究还暗示，通过优化几何参数a、b的比值，可以进一步扩大泊松比的调节范围，这为未来研究指明了方向。

研究发现当θ=90°时机构处于特殊位形，此时理论计算出现奇异性，这一现象值得深入探讨。此外，论文展示的3D打印样机验证了设计的可行性，但未开展负载测试，实际承载能力需后续研究确认。总体来说，该工作为智能可展结构的设计提供了新的技术路线和理论基础。