带切口弹出式折纸的结构、设计与力学
软凝聚态物质
2021-08-23 v2
摘要
旋转竖立系统（RES）代表一种基于折纸的设计方法，用于从平面薄板生成三维（3D）结构而无需压缩。其旋转与平移运动学完全编码于规定的切口与折叠形式中，在几何极限下仅具有零自由度。在此，我们结合有限元数值模拟与物理实验表征了三重对称 RES 的力学与几何性质。我们证明 RES 中的板弯曲创建了一条连接两个能量上分离构型（即平展与竖立态）的物理路径，使 RES 能通过snap-through跃迁变形为 3D 形状。我们量化了双稳态的能垒，并表明其不依赖于结构的整体跨度而仅取决于其长宽比，表明 RES 的双稳态本质上是尺度无关的。这种涌现双稳态的尺度无关与可调控特性将在包括开关器件、吸能机械系统以及建筑中一步施工等一系列应用中具有潜在用途。本研究阐明了扩展有手性图案切口的基于折纸的可展开结构的基本驱动机制，为在一系列人造系统中使用优化设计的 RES 开辟了道路。
引用
@article{arxiv.2105.07399,
title = {Structure, design and mechanics of a pop-up origami with cuts},
author = {Taiju Yoneda and Yoshinobu Miyamoto and Hirofumi Wada},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.07399},
year = {2021}
}