具有图案化首选曲率的弹性拱的捕 snap 与切换

弹性拱是一种典型的双稳态系统。本文将弹性力学理论与光照力学实验相结合，阐明具有空间时间可变首选曲率 $\overline \kappa(s)$ 的主动拱的力学机制。我们的浅拱理论通过将 $\overline \kappa(s)$ 分解为欧拉屈曲模态，完全描述了此类系统。直观地说，如果 $\overline \kappa(s)$ 与基模相吻合，它将拱的向上/向下捕 snap。相反，非重叠的 $\overline \kappa(s)$ 驱动向更高阶形状的二相转变。此外，$\overline \kappa(s)$ 的形式可控制不稳定性的特性；我们发现实现最大能量释放捕 snap以及最低刺激捕 snap（均为二值图案）的形式，并设计实现对称和非对称切换路径的形式。类似的控制也可通过制造合适的 $\overline \kappa(s)$ 来实现被动拱的边界驱动不稳定性。我们预期这些结果将改进 MEMS、机器人和机械复合材料中的可切换/捕 snap 元件。