不規則な折り紙サンドイッチ構造：逆設計とオンデマンドのエネルギー吸収

科学分野:

• 材料科学;機械工学;メタマテリアル設計

背景:

• 従来のMiura Origami（Miura-Ori）メタマテリアルは、剛性のある周期性と構造的均一性により、エネルギー吸収に限界があります。既存の設計では、最適な機械的堅牢性とエネルギー散逸を達成するのに苦労しています。幾何学的な無秩序は、伝統的に構造設計における限界と見なされてきました。

研究 の 目的:

• Miura-Oriベースのサンドイッチ構造の機械的性能に対するエンジニアリングされた幾何学的無秩序の影響を調査すること。カスタマイズされた無秩序メタマテリアルを生成するための計算的逆設計アルゴリズムを開発すること。クラッシュ耐性を向上させるための無秩序メタマテリアルの応用を実証すること。

主な方法:

• Miura-Oriサンドイッチ構造への幾何学的な無秩序の戦略的エンジニアリング。自律的な構成生成のための計算的逆設計アルゴリズムの開発と適用。設計性能を裏付けるための厳密なシミュレーションと実験的検証。

主要な成果:

• 不規則な構造は大幅な改善を示しました。弾性率で194.98％、比エネルギー吸収で105.22％、平均圧縮力で118.03％、均一な構造と比較して増加しました。逆設計アルゴリズムは、ターゲットの力-変位プロファイルに一致する構成を正常に生成しました。幾何学的な無秩序を持つMiura-Oriにインスパイアされた胴体チューブは、シミュレートされた衝突イベント中にピーク衝撃力を効果的に抑制しました。

結論:

• エンジニアリングされた幾何学的な無秩序は、メタマテリアルの性能を向上させるための構造的な限界から機能的な資産へと変貌します。データ駆動型の逆設計アプローチにより、高度にカスタマイズ可能で高性能な無秩序メタマテリアルの作成が可能になります。この研究は、調整された機械的応答を持つ次世代のエネルギー吸収メタマテリアルのための基本的なパラダイムを確立します。