Abstract Owing to an excellent packaging efficiency and the possibility of jointless folding, origami-inspired composites have attracted great interest in aerospace, flexible electronics, robotics and other applications. Considering the complexity of origami patterns, novel fabrication methods are needed to manufacture the vast array of foldable-composite structures. In this study, a cost-effective compression molding technique is employed to develop origami-inspired fiber-reinforced foldable-composite structures. The manufacturing technique is demonstrated for two typical composite geometries, namely, an origami-inspired triangulated cylinder with a spiral configuration and a single-DOF reverse-folder flat flasher design. The folding operation is achieved through elastic hinges that separate the different architected stiffened regions of the composite. Flexural coupons are fabricated to investigate the behavior of the elastic hinges and establish the practical minimum width of the elastic hinge for rapid recovery after unloading. Mechanical tests on the cylindrical flexible structure show a consistent recovery of 90% of the original length after several loading cycles. The resulting cylindrical structure exhibited easy deployment and collapse properties. Finally, the flasher design (a box-like structure that flattens once deployed), exhibited a deployment radius equivalent to 4 times that of the folded state, as well as 98% recovery of its surface area.

中文翻译：

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利用建筑加劲肋制造受折纸启发的可折叠复合结构

摘要 由于出色的包装效率和无缝折叠的可能性，折纸复合材料在航空航天、柔性电子、机器人和其他应用领域引起了极大的兴趣。考虑到折纸图案的复杂性，需要新的制造方法来制造大量的可折叠复合结构。在这项研究中，采用具有成本效益的压缩成型技术来开发受折纸启发的纤维增强可折叠复合结构。该制造技术针对两种典型的复合几何形状进行了演示，即具有螺旋结构的折纸启发三角形圆柱体和单自由度反向折叠平面闪光器设计。折叠操作是通过弹性铰链实现的，这些铰链将复合材料的不同结构加固区域分开。弯曲试样的制作是为了研究弹性铰链的行为，并确定弹性铰链的实际最小宽度，以便在卸载后快速恢复。对圆柱形柔性结构的机械测试表明，经过几次加载循环后，原始长度的恢复一致达到 90%。由此产生的圆柱形结构表现出易于展开和折叠的特性。最后，闪光器设计（一种一旦展开就会变平的盒状结构），其展开半径相当于折叠状态的 4 倍，其表面积恢复率为 98%。弯曲试样的制作是为了研究弹性铰链的行为，并确定弹性铰链的实际最小宽度，以便在卸载后快速恢复。对圆柱形柔性结构的机械测试表明，经过几次加载循环后，原始长度的恢复一致达到 90%。由此产生的圆柱形结构表现出易于展开和折叠的特性。最后，闪光器设计（一种一旦展开就会变平的盒状结构），其展开半径相当于折叠状态的 4 倍，其表面积恢复率为 98%。弯曲试样的制作是为了研究弹性铰链的行为，并确定弹性铰链的实际最小宽度，以便在卸载后快速恢复。对圆柱形柔性结构的机械测试表明，经过几次加载循环后，原始长度的恢复一致达到 90%。由此产生的圆柱形结构表现出易于展开和折叠的特性。最后，闪光器设计（一种一旦展开就会变平的盒状结构），其展开半径相当于折叠状态的 4 倍，其表面积恢复率为 98%。由此产生的圆柱形结构表现出易于展开和折叠的特性。最后，闪光器设计（一种一旦展开就会变平的盒状结构），其展开半径相当于折叠状态的 4 倍，其表面积恢复率为 98%。由此产生的圆柱形结构表现出易于展开和折叠的特性。最后，闪光器设计（一种一旦展开就会变平的盒状结构），其展开半径相当于折叠状态的 4 倍，其表面积恢复率为 98%。