凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2025年8月22日
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标题: 刚性和非刚性可折叠折纸超材料的均质化框架
标题: Homogenization framework for rigid and non-rigid foldable origami metamaterials
摘要: 折纸超材料通常由具有周期性图案的折叠片材组成,赋予它们卓越的机械性能。 在连续力学的背景下,现有的大多数预测方法都是机制类比,倾向于刚性折叠和板弯曲。 虽然在预测主要变形模式方面有效,但现有方法在捕捉非刚性可折叠折纸的完整变形谱方面存在不足,例如沿直线折痕出现的曲率、顶点处的局部应变以及板面的翘曲。 为了全面捕捉整个变形谱并提高现有方法的准确性,本文引入了一个用于折纸超材料的均质化框架,其中面被建模为板单元。 制定了并实现了渐近和基于能量的均质化方法。 作为代表性折痕图案,我们研究了作为等效基尔霍夫-洛夫板均质化的Miura折纸片。 结果表明,某些有效弹性属性与初始折叠角度和折痕刚度呈非线性关系。 与完全解析的模拟结果进行基准测试时,我们的框架产生的误差高达12.9%,而现有的模型,包括杆-铰链模型和刚性板模型,误差高达161%。 误差差异与非刚性折纸中折痕和板面的复杂变形模式有关,这些模式尚未被现有模型探索。 这项工作展示了用于折纸超材料的精确且高效的连续介质框架,作为一种有效预测其弹性性能、理解其力学行为和设计其功能性的策略。
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