堆叠Miura-ori蜂窝实体中松弛刚性折叠条件导致的非对称多稳态

传统上，折纸按其运动学设计分为两类：刚性与非刚性折纸。然而，这种分类可能流于表面，刚性折纸可通过有意松弛刚性折叠运动学获得新的力学性质。基于采用杆-铰链方法的数值模拟与实验，本研究考察了具有不同面柔顺性水平的堆叠Miura折纸蜂窝结构的多稳态。模拟与实验结果表明，若遵循刚性折纸运动学，此类蜂窝实体中的单胞仅表现出两个稳态；然而，若折纸面具有充分柔顺性，则可达到另外两个稳态。此外，两个特定稳态之间的切换表现出非对称能垒，意味着该单胞从一态延伸至另一态的变形路径与相反的压缩切换有本质不同。因此，在这些态间延伸该单胞所需的反作用力可高于压缩切换。这种非对称多稳态可通过裁剪底层折纸设计进行微调，并可扩展至带有精心布置空隙的蜂窝实体。通过展示利用面柔顺性的益处，本研究可催生传统刚性折纸无法制造的多功能结构与材料系统。