弯边六芒星的多重平衡状态：第二部分-状态之间的转变
摘要：曲面边六角形具有多个平衡状态，在可折叠结构、可展开航空航天结构和形状变化的软性机器人等工程应用中具有巨大潜力。在第一部分中，我们采用基于能量变化的经典稳定性准则研究了曲面边六角形的弹性稳定性，并确定了圆形和矩形杆截面的每个状态的稳定性的自然曲率范围。在这里，我们结合多段Kirchhoff杆模型、有限元模拟和实验来研究曲面边六角形四个基本平衡状态之间的转换。这四个平衡状态分别是星形六角形、雏菊形六角形、3圈环和3圈“8”，它们的初始状态下具有均匀的弯曲力矩，这些力矩的大小取决于自然曲率和它们的初始曲率。这些平衡状态之间的转换是通过在它们的角落或边缘施加弯曲载荷来触发的。研究发现，曲面边六角形的稳定平衡态之间的转换受到自然曲率和加载位置的影响。在特定的自然曲率范围内，星形六角形、雏菊形六角形和3圈“8”可以通过在不同位置弯曲来相互转化。基于这些发现，我们确定了实现这三种平衡状态之间的转换以及一个具有矩形截面的特定环的折叠3圈环状态的自然曲率范围和加载条件。本部分获得的结果还验证了第一部分中曲面边六角形四个平衡状态的弹性稳定范围。我们设想，这项研究可以为多功能可展开和可折叠结构的设计提供新的视角。
作者：Lu Lu, Jize Dai, Sophie Leanza, John W. Hutchinson, Ruike Renee Zhao
论文ID：2307.06545
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2023-07-14