Deployable structural system based on curved crease origami

基于曲线折纸折纸的可展开结构系统

基本信息

批准号：
21K14286
负责人：
張天昊
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、制約条件を考慮したルーリングモデルによる曲線折り紙の形状決定手法を開発した。昨年度は、弾性曲げエネルギーを考慮した多目的最適化問題を解くことでGAを用いた形状探索を行ったが、計算効率が著しく低いことが判明した。制約条件の無い状態では設計パラメータの数が多いため、個々の最適解を探すための時間が長くなってしまうのが原因であった。そこで今年度は、ルーリングの制約条件を取り入れた形状探索手法を開発し、最適化効率の向上を図った。また、今年度の研究で取り入れたルーリングの制約条件は、デザインする構造の機能を考慮することができるため、形状探索を設計条件を満たす解空間で行うことが可能となった。例えば、「ルーリングが平行」の制約条件を定義すると、対称性を考慮した曲面折り紙の設計が可能となる。さらに、本手法で得られた形状がが実際に畳み込み可能な自己釣り合い状態を、曲面構造の応力状態形成していることを検証するために、非線形有限要素法による数値計算を行った。得られた解析から、自己釣り合い状態であると共に、ガウス曲率がほぼ０の可展面に近い状態となっていることが確認できた。今後は、これまでの研究で確立した曲線折り紙の設計手法を利用し、構造の機能を考慮した畳み込み可能な曲面折り紙を建築構造に応用する予定である。また、研究の遂行と同時に研究成果の総括を行う予定である。

2022 年，我们开发了一种使用考虑约束的统治模型来确定弯曲折纸形状的方法。去年，我们通过求解考虑弹性弯曲能的多目标优化问题，利用遗传算法进行了形状搜索，但结果发现计算效率极低。这是因为在没有约束的情况下，设计参数的数量很大，因此需要很长时间才能找到每个最优解。因此，今年我们开发了一种结合规则约束的形状搜索方法，以提高优化效率。此外，今年研究中引入的规则约束可以考虑正在设计的结构的功能，使得可以在解空间中搜索满足设计条件的形状。例如，通过定义“规则是平行的”约束，可以设计具有对称性的弯曲折纸。此外，为了验证该方法获得的形状实际上形成了可卷积的自平衡状态和弯曲结构的应力状态，我们利用非线性有限元方法进行了数值计算。分析结果表明，该表面处于自平衡状态，接近于高斯曲率约为0的可展开表面。未来，我们计划利用前期研究建立的曲线折纸设计方法，将可折叠的曲线折纸应用到建筑结构中，同时考虑到结构的功能。另外，我们计划在开展研究的同时，对研究成果进行总结。