折纸结构中残余应力驱动的非欧几里得形变
材料科学
2023-12-13 v1 应用物理
摘要
非欧几里得表面在众多工程领域无处不在，如汽车、航空航天和生物医学工程领域。可形变折纸由于其从二维（2D）平面到三维（3D）表面的内在形变特性，具有众多潜在的工程应用，包括软体机器人、机械超材料、天线、航空航天结构和生物医学器件。然而，当前由一维（1D）铰链形变驱动的、具有刚性或轻微可变形面板的可折叠折纸形变，无法实现3D复杂且大的曲线形变。此外，大多数主动折纸结构在其折痕处使用软材料的薄铰链，从而导致较低的承载能力。本研究提出了一种新颖的折纸形变方法，展示了大的自由曲面形变，例如具有形状锁定的欧几里得到非欧几里得表面形变。我们在基于挤出的形状记忆聚合物3D打印过程中，在折纸面板中嵌入了张量各向异性应力。各向同性形状记忆聚合物的基于挤出的3D打印可以在制造过程中在折纸面板中产生张量各向异性应力，从而实现具有多种形变模式的大非欧几里得表面形变。由于相邻面板形变的相互作用，折纸晶胞的连接拓扑影响了全局形变行为。与四维（4D）打印集成的非欧几里得形变可以在材料和结构层面提供多模态形状锁定。3D打印过程中面板内张量残余应力引起的非欧几里得表面形变扩展了折纸和剪纸结构的设计空间。
引用
@article{arxiv.2312.06982,
title = {Residual Stress-Driven Non-Euclidean Morphing in Origami Structures},
author = {Zihe Liang and Sibo Chai and Qinyun Ding and Kai Xiao and Ke Liu and Jiayao Ma and Jaehyung Ju},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.06982},
year = {2023}
}