非对称弯曲行为的新视角：来自叶片的启示

设计能够在对称切换刺激下实现非对称形变的材料或结构，是提升软体驱动器/机器人运动性能的一种有前景的途径。受许多植物细长叶片几何形状的启发，我们发现具有 U 形截面的薄壁梁在反向取向弯曲下表现出非对称变形行为。尽管这一新颖力学特性早已被注意到并应用于某些场合，其机理至今仍不清楚。在本研究中，我们将薄壁 U 形梁的这种非对称弯曲行为归因于由弯曲引起的压缩效应所导致的侧壁屈曲。基于 Euler–Bernoulli 梁理论与 Kirchhoff–Love 薄板理论，我们建立了一个简单而高效的模型，以半解析形式推导侧壁屈曲的临界弯矩。有限元分析模拟与实验被用于验证我们发现的理论基础。我们的工作结果不仅阐明了薄壁 U 形梁非对称弯曲行为背后的力学机理，也为高性能软体驱动器/机器人及其他新型器件的结构设计开辟了新途径。