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    受折纸启发的双稳态弹出式结构,下一代充气建筑无需不断输入压力即可保持其形状,中国建材网,cnprofit.com
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    受折纸启发的双稳态弹出式结构,下一代充气建筑无需不断输入压力即可保持其形状
    2021年05月13日    阅读量:728    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    2016年,一个充气拱门在环法自行车赛上造成严重破坏,当时它在骑自行车的人身上collapse缩并倒塌,将他从自行车上摔下来,拖延了比赛,而官员们争先恐后地清除道路上的碎屑。


    官员们指责拱门的倒塌是一个过往的观众的任性皮带扣,但真正的罪魁祸首是物理学。


    如今,从现场医院到运动场馆,各种各样的充气结构都是单稳态的,这意味着它们需要恒定的压力输入才能保持其充气状态中国建材网cnprofit.com。减轻压力,结构将恢复其唯一稳定的形状-平坦。


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    但是,如果这些结构具有一个以上的稳定状态怎么办?如果拱门像在地上一样平缓膨胀,该怎么办?


    现在,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发了受折纸启发的双稳态充气结构。


    这项研究发表在《自然》上。


    SEAS应用力学教授William和Ami Kuan Danoff的Katia Bertoldi说:“这项研究为新一代坚固,大规模的充气系统提供了直接途径,这些系统在部署后就可以锁定到位,并且不需要持续的压力。”和该论文的高级作者。


    在折纸的启发下,在几何学的指导下,研究团队开发了一个三角形积木库,该积木可以弹出或折叠成扁平状,并可以组合成不同的形状以构建闭合的多稳态形状。


    “我们依靠的是这些构件的几何形状,而不是材料特性,这意味着我们可以用几乎所有材料(包括廉价的可回收材料)制造这些构件,”材料科学与机械工程学系的本杰明·戈里森(Benjamin Gorissen)说。 SEAS和该论文的共同第一作者。


    将设计过程带入现实世界,研究人员用厚塑料片材设计并建造了一个8英尺x 4英尺的充气棚。


    SEAS博士研究生,论文的第一作者,作者David Melancon说:“您可以想象这些避难所是在灾区应急响应中部署的一部分。” “它们可以堆放在卡车上,并且只需要一个压力源就可以给它们充气。一旦它们膨胀后,就可以卸下压力源并移到下一个帐篷上。”


    避难所可以由一两个人建立,而部署当今的军事野战医院则需要十几个人。


    这些折纸结构的组成部分可以混合并匹配,以创建任何形状或大小的结构。研究人员建造了一系列其他结构,包括拱门,可伸缩的吊杆和宝塔式结构。研究人员还设计了具有两种以上稳定形式的形状。


    “我们已经打开了前所未有的大型充气结构的设计空间,该结构可以折叠成扁平状并保持其展开的形状而不会发生灾难性破裂的危险,”设计与设计研究生院皮尔斯·安德森(Pierce Anderson)设计工程讲师查克·霍伯曼(Chuck Hoberman)说。该论文的合著者。“通过使用可充气的,可逆的致动来实现硬壁结构外壳,我们看到了重要的应用,不仅在地球上,而且还可能作为月球或火星探索的栖息地。”


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