Miura 折纸管在自由展开过程中的瞬态动力学
应用物理
2020-10-07 v1
摘要
凭借优异的折叠诱导可变形性与形状可重构性,基于折纸的设计在可展开结构开发中展现出巨大潜力。值得注意的是,折纸展开本质上是一个动力学过程,但由于建模困难,其动力学行为在很大程度上仍未被探索。本研究旨在通过探究自由展开下的瞬态动力学来推进折纸可展开结构的现状,选取 Miura 折纸管作为研究对象,因其几何相对简单、运动学特性优异且应用广泛。具体而言,首先进行了初步自由展开试验,表明横向的瞬态振荡不可忽略,且管的展开不再是一个单自由度(SDOF)机构。基于实验观察,为建模作出四点假设,并建立 N 胞 Miura 折纸管的 2N 自由度动力学模型,以预测展开方向与横向的瞬态振荡。以稳定时间与超调量作为瞬态动力学指标,随后开展了全面的参数研究。结果表明,物理与几何参数均会显著影响瞬态展开动力学,其中部分参数依赖关系有违直觉。结果显示,瞬态动力学行为与被考察参数之间的关系在展开方向与横向有时相互矛盾,表明设计中需作出折衷。
引用
@article{arxiv.2005.07340,
title = {Transient Dynamics of a Miura-Origami Tube during Free Deployment},
author = {Haiping Wu and Hongbin Fang and Lifen Chen and Jian Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.07340},
year = {2020}
}
备注
36 pages, 13 Figures