Computational Origami: Eine universelle Methode zum Umwickeln gekrümmter 3-D-Oberflächen mit nicht dehnbaren Materialien

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Computational wrapping: eine universelle Methode, um gekrümmte 3D-Oberflächen mit nicht dehnbaren Materialien zu umwickelnDie kontraintuitive Frage, wie man eine gekrümmte sphärische Oberfläche mit konventionell steifen und nicht dehnbaren oder spröden Materialien umwickelt, bildet die Grundlage dieser Studie.

Um diese Frage zu beantworten, haben Yu-Ki Lee und ein Forschungsteam in den Abteilungen für Werkstofftechnik und Informatik in der Republik Korea und den USA in einem neuen Bericht, der jetzt in Science Advances veröffentlicht wurde, eine geometrische Entwurfsmethode von Computational Origami erweitert, um sphärische Konstrukte zu umhüllen.

Der Ansatz lieferte eine robuste und zuverlässige Methode zur Konstruktion konformer Bauelemente für beliebig gekrümmte Oberflächen unter Verwendung eines rechnerisch entworfenen, nicht-polyedrischen entwicklungsfähigen Netzes.

Der computergestützte Entwurf wandelte zweidimensionale (2-D) Materialien wie Silizium (Si)-Wafer und Stahlbleche in konforme Strukturen um, die 3-D-Strukturen ohne Bruch oder Verformung vollständig umhüllen konnten.

Die rechnergestützte Wickelmethode ermöglichte es ihnen, eine Entwurfsplattform zu entwickeln, um konventionell nicht dehnbare 2D-Bauteile in konforme gekrümmte 3D-Flächen zu verwandeln.Die Studie führte eine universelle Methode für konventionelle nicht dehnbare Materialien ein, um beliebige und verschiedenartige gekrümmte 3D-Oberflächen durch die Konstruktion konformer Materialvorrichtungen zu umhüllen, ohne deren Leistung zu beeinträchtigen.

So kann z.B.

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das Umwickeln einer Kugel mit einem rechteckigen Stück Papier zwangsläufig Falten bilden, während der Versuch, eine Kugel mit einem härteren Substrat zu umwickeln, zum Bruch des Wickelmaterials führen kann.

Um den Prozess zu erleichtern, können Materialwissenschaftler gemusterte Schnitte in die nicht dehnbaren Materialien einführen, einschließlich Gitterschnittmuster und fraktale Schnittmuster, um 3D-Oberflächen effektiv zu umwickeln.

Solche Konzepte sind formprogrammierbar und können eine Kugel effizient abdecken.

Ingenieure haben auch Computeralgorithmen empfohlen, um komplexe 3-D-Modelle auf der Grundlage von 2-D-Auxetik-Strukturen zu entwerfen.

Um eine optimale Abdeckung zu erreichen, führten sie eine rechnergestützte Entwurfsstrategie ein, die als “rechnergestütztes Wrapping mit nicht-polyedrischen entwicklungsfähigen Netzen”….

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