折纸作为一种历史悠久的艺术形式，近年来因其独特的结构特性在工程领域受到广泛关注。现有研究主要聚焦于可完全折平的折纸结构。然而不可折平折纸结构由于其自锁特性，即在折叠状态下无法完全平展，正是这一特性赋予了其卓越的可调节性能、可重编程的形状变化能力以及受控的多稳态响应，体现出显著的功能优势和广阔的应用潜力。对不可折平折纸结构的折叠运动机制的系统性研究仍然相对匮乏。近期，力学研究所与大连理工大学合作研究团队构建了统一的运动传递图分析框架，形成了不可折平折纸结构的数据库。相关成果以“Rigid foldability and lockability of non-flat-foldable origami structures”为题，发表在Thin-Walled Structures期刊。

研究团队通过系统整合不同的折痕角度和折痕长度等几何参数，构建了多种衍生及混合型的不可折平折纸结构，建立了丰富的折纸结构数据库。基于机构运动学理论，发展了一套针对不可折平折纸结构的折展运动分析方法。该方法通过研究多顶点之间的运动传递关系，提出了关于折纸结构扇形角的折叠运动相似律，并构建了统一的运动传递图分析框架，将折叠运动和自锁行为转化为闭环路径连续性的问题，从而实现了折叠过程的可视化表达。研究还提出了结构可折叠的充分必要条件，为多顶点、混合型等复杂不可折平折纸结构的可折叠性与自锁性及其区域提供了快速判定手段。通过多种折纸物理模型的实验验证，直观展现了从展开到自锁状态的折叠过程，验证了理论的准确性及所提出方法的有效性。

该方法显著提升了对不可折平折纸结构的折展与自锁行为的认知，相关结构为航天展开结构、可编程超材料、自适应机器人与可重复使用吸能装置的设计提供了新的思路。

论文第一作者为力学所与大连理工大学的联培生陈汉挺，共同通讯作者为力学所王海瑞副研究员和大连理工大学赵丹阳教授。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.tws.2025.113668

图1 结构折叠过程及运动特性验证：(a)单侧自锁折纸结构折叠过程；(b)双侧自锁折纸结构折叠过程；(c)多处自锁折纸结构折叠过程；(d)折纸结构运动传递分析图；(e)折纸超材料组装体实物及其自锁状态