新軟件加速了折紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種新的計(jì)算機(jī)輔助方法，簡(jiǎn)化了基于折紙的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程，使工程師和科學(xué)家更容易以圖形方式概念化新思想，同時(shí)生成構(gòu)建結(jié)構(gòu)所需的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)。現(xiàn)實(shí)中。

近年來(lái)折紙紙折疊技術(shù)一直是研究工作的核心，其重點(diǎn)是尋找古代藝術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用，其想法從可展開的天線到機(jī)器人臂。

喬治亞理工學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院的教授格勞西奧·保利諾說(shuō)：“我們的工作提供了一種計(jì)算方法來(lái)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)的真實(shí)折紙行為 - 迄今為止還不容易做到的事情。” “借助新軟件，我們可以輕松地實(shí)現(xiàn)可視化，最重要的是，可以設(shè)計(jì)可部署，自組裝和適應(yīng)性折紙系統(tǒng)的行為。”

該研究得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持，并于10月11日在“ 皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊”上發(fā)表 ，它涉及建立一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，以模擬折疊紙的兩個(gè)方面之間的相互作用，包括如何輕松地和多遠(yuǎn)地折疊會(huì)彎曲，平面在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)變形多少。

一旦所有部分連接在一起并以數(shù)字方式表示一塊折紙，模型就可以模擬結(jié)構(gòu)的行為，基于什么類型的材料 - 從軟紙到硬塑料或金屬 - 將用于創(chuàng)建對(duì)象。

“這種類型的建模已經(jīng)可以使用有限元分析，但這是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，可能需要數(shù)小時(shí)或數(shù)天才能提供大量不必要的數(shù)據(jù)，”喬治亞理工學(xué)院研究生Ke Liu說(shuō)道。 。“我們的新流程更快，并為我們提供了折紙如何運(yùn)作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。”

該軟件稱為MERLIN，允許研究人員模擬折紙結(jié)構(gòu)如何從不同角度響應(yīng)壓縮力 - 一次一個(gè)或同時(shí)幾個(gè)。然后，研究人員可以快速調(diào)整所用材料類型的參數(shù)，或從壓縮的角度調(diào)整，以了解這將如何改變工件的行為。

對(duì)于他們的一個(gè)模擬，研究人員重新創(chuàng)建了一個(gè)可折疊的葡萄酒瓶禮品袋，使用圓柱形殼折紙稱為Kresling圖案。當(dāng)結(jié)構(gòu)的頂部被壓縮到閾值點(diǎn)時(shí)，袋的各部分在多個(gè)階段中自身塌陷。

“該軟件還允許我們查看能量存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)中的位置，更好地了解和預(yù)測(cè)物體如何彎曲，扭曲和折斷，”Paulino說(shuō)。

Paulino和他的團(tuán)隊(duì)最近設(shè)計(jì)了一種折紙結(jié)構(gòu)，能夠重新配置成折疊成不同的形狀。目標(biāo)是為最終可以重新配置的結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)，例如可以改變其形狀并以不同頻率運(yùn)行的天線。

“通過(guò)這種新的設(shè)計(jì)方法，我們能夠深入了解設(shè)計(jì)的每一次迭代，這將指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)選擇，并最終為我們提供更多調(diào)整這些結(jié)構(gòu)的能力，”Paulino說(shuō)。

該軟件將免費(fèi)提供給其他研究人員使用，并將用作佐治亞理工學(xué)院本科學(xué)生的教育工具。