多稳定折纸块的几何与力学

折纸通过折叠图案将平面布料转化为三维形状，已激发可部署系统在建筑和土木工程领域的崛起。目前大多数基于刚性或曲折痕折纸的可部署系统本质上缺乏形状稳定性，需额外支撑才能维持部署形态。这些导致在可部署性与形状稳定性之间存在根本性权衡，这一问题在大型折纸系统中仍是主要挑战。相较之下，多稳定折纸在部署过程中实现了多个配置的能量稳定性，其独特特性使其即使在外部负载下也能维持稳定形态。这些特性使多稳定折纸能够实现形状稳定性和可部署性，为建筑应用中的自支撑可部署系统提供了巨大的潜力。然而，实现单一折纸用于大型且结构稳定的系统面临诸多实际限制。为克服这些限制，折纸块装配方法日益成为有效途径，以形成全局系统。该方法在全局几何和力学行为上提供了灵活性，同时提供可重构性。表明，多稳定折纸与块装配的互补潜力为解决大规模建筑系统可部署问题提供了有前景的方案。本研究旨在通过发挥多稳定折纸作为模块建筑块的潜力，应对将可部署折纸应用于大型建筑系统的挑战。从几何层面，我们探索多稳定折纸块的稳定配置设计方法，使其能够相互对齐和嵌套。从力学层面，我们探索可控刚度的设计方法，确保通过几何参数实现自支撑和承载能力。