工程师们首次证明桥梁和避难所等承重结构可以用折纸模块来建造

可折叠的厚板折纸带来了无限可能。密歇根大学的工程师们首次证明,桥梁和避难所等承重结构可以用折纸模块来建造。这些多用途组件能够紧凑折叠并变形为各种形状。这项技术的进步可以帮助社区快速重建在自然灾害中受损或被毁的设施和系统,或在包括外层空间在内的以前被认为不切实际的地方进行建设。这项技术还可用于需要快速建造和拆卸的建筑,如音乐会场馆和活动舞台。

工程师们首次证明桥梁和避难所等承重结构可以用折纸模块来建造

机械工程系研究员 Yi Zhu 手中的折纸设计既能折叠成可以放进口袋的东西,又能展开成更长的东西。图片来源:Brenda Ahearn/密歇根大学工程、传播与营销学院

土木与环境工程系和机械工程系副教授 Evgueni Filipov 是《自然-通讯》(Nature Communications)杂志上这项研究的通讯作者。

折纸艺术的原理可以将较大的材料折叠并折叠成较小的空间。随着模块化建筑系统被越来越多的人所接受,可轻松存储和运输的组件的应用也在不断增加。

工程师们首次证明桥梁和避难所等承重结构可以用折纸模块来建造

左起:机械工程研究员 Yi Zhu 和土木与环境工程和机械工程副教授 Evgueni Filipov 正在乔治-布朗实验室大楼的实验室工作。Filipov和Zhu正在运用折纸原理制作模块化均匀加厚折纸(MUTO),用于制作大型、承重、适应性强的结构。这些结构可用于建造舞台或音乐会场馆等临时结构,也可用于建造建筑物或桥梁等结构,以应对自然灾害。资料来源:Brenda Ahearn/密歇根大学工程、传播与营销学院

多年来,研究人员一直在努力创造既能承受必要重量,又能保持快速部署和重新配置能力的折纸系统。马萨诸塞大学的工程师们创造了一种折纸系统,解决了这一问题。该系统可以制造的产品包括

  • 3.3 英尺高的立柱可承受 2.1 吨的重量,而自身重量仅为 16 磅多一点,底座占地面积不到 1 平方英尺。

  • 一个可以从 1.6 英尺宽的立方体展开的软件包,可以部署到不同的结构中,包括:13 英尺长的步行桥、6.5 英尺高的公交车站和 13 英尺高的圆柱。

突破的关键在于机械工程研究员、该研究的第一作者 Yi Zhu 所提供的不同设计方法。

“人们在研究折纸概念时,通常会从薄纸折叠模型的概念出发–假设你的材料是薄纸,”Zhu 说。”然而,为了利用折纸建造桥梁和公交车站等常见结构,我们需要数学工具,能够在最初的折纸设计中直接考虑厚度问题。”

工程师们首次证明桥梁和避难所等承重结构可以用折纸模块来建造

Evgueni Filipov 是土木与环境工程系和机械工程系的副教授,他在实验室用一个小模型演示不同的褶皱和结构。图片来源:Brenda Ahearn/密歇根大学工程、传播与营销学院

为了增强承重能力,许多研究人员尝试在不同部位加厚薄如纸的设计。然而,马萨诸塞大学的研究小组发现,均匀性是关键。

菲利波夫说:”这里增加一层厚度,那里增加另一层厚度,就会出现不匹配的情况。当负载通过这些部件时,就会导致弯曲。部件厚度的一致性是关键所在,也是目前许多折纸系统所欠缺的。有了这一点,再加上适当的锁定装置,结构上的重量就能均匀地传递到整个结构上。”

除了承载巨大的负荷外,这种被称为模块化均匀厚折纸启发结构系统的系统还能将其形状调整为桥梁、墙壁、地板、柱子和许多其他结构。

编译来源:ScitechDaily

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