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。

在2022财年，我们开发了一种使用统治模型来确定弯曲折纸形状的方法。去年，我们使用GA来解决了弹性弯曲能的多目标优化问题来搜索形状，并发现计算效率明显降低。这是因为在没有约束的情况下，有许多设计参数，搜索每个最佳解决方案所需的时间变长。因此，今年我们开发了一种形状搜索方法，该方法结合了裁定的限制以提高优化效率。此外，今年研究中介绍的裁决的限制可以考虑到设计结构的功能，从而在满足设计条件的解决方案空间中成为可能的形状搜索。例如，通过定义“统治是平行”的约束，可以设计为对称性。此外，要验证该方法获得的形状实际上形成了一个自平衡状态，在该状态下可以在该状态下卷积地卷积，表面结构中的应力状态，使用非线性有限元方法进行了数值计算。从获得的分析中，可以证实该状态是自平衡的，高斯曲率接近可扩展的表面，几乎为零。将来，我们计划使用先前研究中建立的弯曲折纸设计方法应用卷积弯曲折纸，该弯曲折纸考虑到结构的功能中。此外，将总结研究结果以及研究结果。