【物理學家展開的力學摺紙】

明道

【物理學家展開的力學摺紙】

 

這裡有一個他們

這裡有一個有趣的練習 - 一張紙，並使用了一個指南針，畫兩個同心圓定義一個環。

然後更換鉛筆在指南針用硬尖在紙的中間環的內，外邊緣的縮進同心的摺痕。

剪出環，然後沿摺痕折沿其圓周的方式 - 如果你是細心的你會創建一個3D鞍，如上面的照片之一。

的“彎曲的摺皺摺紙”，這是一個簡單的例子，其中的機制已被詳細研究了由物理學家在美國的第一次。

原產於日本，摺紙是創建3D對象摺紙的藝術。

摺紙可以改造一個輕量級的扁平材成一個強大而靈活的3D對象，因此其原則已通過工程師設計一切從車輛的安全氣囊衛星部件。

實用的3D材料

彎曲摺痕有時被用來摺紙 - 法國炒盒快餐店在使用一個實際的例子。

然而，很少有人理解這種結構力學。現在，馬塞洛·迪亞斯，基督教桑坦戈羅和大學的同事在美國馬薩諸塞州阿姆赫斯特大學和哈佛大學是第一個開發出一組方程來描述的彎曲摺痕結構的物理。

以及提供了一個更好地了解摺紙，球隊希望，這項工作將導致實用的3D材料，既堅固又靈活。

桑坦戈羅和他的同事們集中在一個環上，因為它是一個相對簡單的例子，一個二維結構如何可以轉化為3D對象創建一個彎曲摺痕。

為了獲得物理學的一個基本的了解，球隊建幾個摺紙鞍座出紙 - 從他們推導出它的物理性質了解力學的彎曲摺痕的關鍵。

 

 

更多摺痕

在心臟的過渡從2D到3D對象的片材是在環建立時，它被折疊的平面應力。

這些應力緩解片材纏繞本身創建一個鞍狀結構。

如果環切斷，然後講鬆了一口氣，鞍就會崩潰平躺環 - 儘管是一個較小的半徑（見上圖）。

僵硬的摺痕

該球隊的數學描述是基於多個參數，包括折疊環的半徑的環的寬度的比值。

摺痕的角度也是重要的，隨著“剛度”的摺痕 - 後者是多麼困難，改變角度的褶皺的措施。

另一個重要參數是材料本身的剛度彎曲從中環片是多麼的困難 - 一個衡量。

該小組得出的方程在這些參數上的摺痕環的總能量，然後計算能源利用一些分析和數值模擬技術。

除了摺痕的角度，結果表明，兩個比率的三維結構的形狀中發揮重要的作用， - 寬度的環，其半徑和摺痕的剛度的比例的比例的彎曲剛度的材料。

當摺痕挺度的彎曲剛度之比是比較高的，摺痕的角度，因此無法改變 - 的結構將回應彎曲應力創建一個三維的形狀。

該研究小組發現，在環的相對寬度的情況下，更廣泛更嚴格的環的三維結構 - 東西桑坦戈羅認為可能被利用來強，靈活而輕便的3D結構。

該團隊還擴展了多個摺痕，導致更複雜的三維結構模型來描述環。

這項研究是描述在“物理評論快報”。

作者簡介

麥約翰斯頓是physicsworld.com主編

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/sep/18/physicists-unfold-the-mechanics-of-origami