חידושים בעיצוב קינמטי עבור מבנים קלים ורחבים

המהפכה השקטה במבנהים המשתנים

בדיסציפלינות הנדסיות, כמה אתגרים משכנעים כמו תכנון מבנה שיכול לשנות צורה. מערכות ניתנות להגדלת מבטיח את הטוב ביותר של שני העולמות: מדינה קומפקטית לאחסון או תחבורה ומדינה פרוסה עבור פונקציונליות מלאה.מערכים סולאריים המתגלים במסלול למקלטי חירום שארזים לתוך מזוודה, היכולת להפוך לא רק נוח - זה לעתים קרובות קריטי בלב של מערכות אלה, קריפטומטיות יותר, מאשר מבנים מודרניים, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר קומפקטיים, אשר הם מסוגלים להפוך את המתקדמים יותר, מאשר מנגנונים אפשריים יותר, מאשר מנגנונים מתקדמים, מאשר מנגנונים מתקדמים, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר מנגנונים, מאשר קומפקטיים יותר מאשר מנגנונים מתקדמים, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר מנגנונים אפשריים, מאשר מנגנונים מתקדמים, מאשר מנגנונים, מאשר מנגנונים מתקדמים, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר מנגנונים מתקדמים, מאשר החידושים מנגנונים, מאשר החידושים מנגנונים, מאשר קומפקטיים יותר, כי הם לעתים קרובות, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר מנגנונים אפשריים, מאשר קומפקטיים יותר, מאשר החידושים החידושים החידושים החידושים קומפקטיים יותר, כי הם לעתים קרובות, מאשר קומפקטיים יותר

היישומים מתרבים בגיוון שלהם.אדריכלים לדמיין גגות אצטדיון פורחים פתוחים.מהנדסים חלליים בונים טלסקופים שמאגדים את עצמם בחלל.מעצבי ריהוט יוצרים שולחנות המתרחבים למושב 12 עדיין מתקפלים לאחסון. בכל מקרה, אותה שאלה יסודית מתעוררת: כיצד לארגן חלקים נוקשים וחיבורים נעים כך שמבנה יכול לעבור בצורה חלקה בין מדינות, להינעל באופן מאובטח במקום, ולעמוד מחדש ללא תשובות אפשריות בעולם, מהמעבדות ומתפתחות?

מאמר זה חוקר את ההתקדמות האחרונה בעיצוב קרימטי עבור מבנים מתקפלים ורחבים, בוחן את המנגנונים, החומרים וכלים חישוביים שמניעים את השדה קדימה. אנו נבחן כיצד עקרונות שנלקחו מ- Origami, ביולוגיה ורובוטיקה הם מתכנסים כדי ליצור מבנים שהם קלים, חזקים יותר, יותר מתאימים יותר מאשר אי פעם.

יסודות העיצוב הקלימטי של מערכות טכנולוגיות ל- Transformable

עיצוב Kinematic מודאג עם הגיאומטריה של תנועה.בכיסא מתקפל, למשל, מיקומים hinge ואורך קישור לקבוע אם הכיסא קורס בצורה חלקה או ריבס באמצע הדרך. באנטנת חלל מבוזרת, שגיאות זעירות בגיאומטריה משותפת יכול לגרום למבנה כולו לנעול אלפי קילומטרים מכדור הארץ. מקבל את הקמטיקה נכון הוא הצעד הראשון והחשוב ביותר בעיצוב כל מערכת שניתן לשנות.

דרגות חופש וקונסטריט

לכל חלק נעים במנגנון יש דרגות חופש - תנועות טרנספורמטיביות וסיבוביות שהוא יכול לבצע. A hinge יש תואר סיבוב אחד של חופש. A כדור משותף יש שלוש. האמנות של עיצוב קרימטי הוא לספק בדיוק את הסכום הנכון של חופש עבור כל רכיב תוך שמירה על תנועות לא רצויות יחד מבנים מקופלים, over-constraint הוא בור נפוץ: הרבה קשרים אדומים יכולים לגרום למנגנון או לא יציב.

כלים מודרניים מאפשרים כעת למהנדסים לנתח אסיפות מורכבות עם עשרות או אפילו מאות חלקים נעים, זיהוי יתר על המידה לפני אבטיפוס אחד נבנה. סימולציות קרימטיות אלה הפכו הכרחיות לפרויקטים כמו FLT:0 James Webb Space טלסקופFLT:1, אשר פריסת השמש שלו דרשה 50 מנגנונים עיקריים לפעול ברצף מדויק עם אפס שגיאות.

סגור-Loop ו-Open-Loop Mechanisms

מבנים רבים ופרופורים משתמשים מנגנונים סגורים, שבו קישורים יוצרים שרשרת סגורה אחת או יותר.מעלית הספיסוס היא דוגמה קלאסית: זוגות של ברים חצויים יוצרים קישור שיכול להאריך ולחדש תוך שמירה על פלטפורמה יציבה. מנגנוני Open-loop, לעומת זאת, יש שרשרת של קישורים עם סוף חופשי אחד - כמו זרוע רובוטית.

התפתחות מרתקת בשנים האחרונות הייתה השימוש ב-FLT:0 אדריכלות קרינומברדית של Kinematicאדריכלות ⁇ FLT:1 המשלבת לולאות פתוחות וסגורות.מערכות היברידיות אלה יכולות להשיג רצפי תנועה מורכבים - ראשית מתפתח, ואז להרחיב, ואז לנעול - שימוש פחות מפועלים מאשר עיצובים מסורתיים.זה בעל ערך במיוחד ביישומים בחלל, שבו כל גרם של עניינים המוניים.

Origami-Inspired Kinematics: Folding as Engineering

אולי המגמה הגלויה ביותר בעיצוב מבנה מקופל היא היישום השיטתי של עקרונות אוריגאמי.מה שהחל כסקרנות אמנותית הפך משמעת הנדסית קפדנית, להשלים עם פורמליזם וכלי תוכנה שיכולים לעצב דפוסים עבור כל צורה הרצויה.

מתוך Paper toאלומיניום: The Thick-Panel Challenge

מסורתי אוריגאמי עובד עם נייר שיש לו ביעילות אפס עובי מבנים הנדסיים, עם זאת, להשתמש לוחות עבה יחסית לגודלם - לעתים דרמטי כך, מערך סולארי מתקפל עשוי להיות לוחות כמה סנטימטרים עבה וכמה מטרים ארוך. פשוט לדרג דפוס אוריגמי נכשל כי הלוחות מתנגשים אחד עם השני במהלך מתקפל.

החוקרים פיתחו מספר פתרונות לבעיה עבה זו.יש גישה אחת משתמשת ב-FLT:0offset hingsphFLT:1 אשר מעביר את ציר הסיבוב הרחק משטח הפאנל, יצירת הבהרת במהלך קפלה.טכנית אחרת מעסיקה את ה-FLT:2sliding hingsFLT 3: אשר מתרגמת מעט ככל שהם לסובבים, ומאפשרת לוחות עבים להפרעות אלה, רק לפני כמה שנים, ייתכן שעדיין לא היו מסוגלים לתקפלים.

תבניות למטרה

לא כל הדפוסים של קפלר נוצרו שווים.ה-FLT:0Miura-oriהמחשה דפוס 1FLT, המורכב ממקבילות חוזרות ונשנות, הפך מועדף עבור מבנים הניתנים לפרוס, כי הוא מתקפל באופן קומפקטי לאורך שני צירים, בעוד נשאר נוקשה במדינה הפרוסים.מהנדסים השתמשו מיורה-רי עבור מפרשים סולאריים, אנטנות לווין ואפילו קירות בית גידול.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לכל דפוס יש חתימה קרימטית משלו - רצף של קפלים והכוחות הדרושים לביצועם.בחירת התבנית הנכונה ליישום מסוים דורש הבנה לא רק של הגיאומטריה אלא גם תנאי הטעינה, תכונות חומריות ומגבלות הייצור.

חידושים חומריים נהיגה ב-Kinematic Possibilities

עיצוב קינמטי אינו יכול להיות גרוש מחומרים.הנוקשות, הכוח והגמישות של החומרים המשמשים באופן יסודי לקבוע אילו תנועות אפשריות וכיצד מבנה יכול לבצע אותן על פני חיי השירות שלו.

שם מקור: Shape-Memory Alloys and Polymers

ייתכן שהחומר הטרנספורמציי ביותר מראש עבור מבנים מתקפלים היה פיתוח של ⁇ בצורת-זיכרון (SMAs) כמו Nitinol.חומרים אלה ניתן לפורז בטמפרטורות נמוכות ולאחר מכן לחזור לצורה קודמת כאשר מחומם.עבור מבנים הניתנים לפרוס, זה אומר כי FLT:0 מנגנונים מכוסים עצמיים:1LT הם אפשריים: חום, חומר, ואת המבנה מתפתח ללא שינוי במובנים מסורתיים.

SMAs אינם מוגבלים.הם דורשים בקרת טמפרטורה מדויקת, ורכיבה חוזרת יכולה להוביל לעייפות.עם זאת, החוקרים פיתחו צירים מבוססי SMA ופועלים שנבחנו באמצעות מאות מחזורי פריסה עם השפלה מינימלית.

Shape-emory פולימרים (SMPs) מציעים יכולת משלימה.בעוד SMAs חוזר צורה ממתננת, SMPs יכול להיות מתוכנת עם מספר שינויים צורה. מבנה יכול לקפל לתוך מדינה קומפקטית, להרחיב טופס ביניים עבור ההרכבה, ולבסוף לנעול לתוך התצורה הפרוסת שלה - כל דרך חימום מבוקר של תחומים שונים בתוך הפולימר.

Ultra-Modulus Composites

עבור מבנים גדולים, יחס נוקשה למשקל הוא רב-עוצמה פחמן-מחדש-מחדש (CFRPs) הפך לחומר של בחירה עבור כל דבר מפריחה ניתן לפרוס לטלסקופ truses. התפתחויות האחרונות ב-FLT:0-modulus פחמן סיביFLT:1 יש לדחוף את רמות הנוקשות לאותה פלדה בשבריר של המשקל.

האתגר הקיומי עם רכיבי CFRP הוא הבירות שלהם.בניגוד לשקעי מתכת, אשר ניתן לתכנן עבור מיליוני מחזורים, לוחות פחמן-פיבר חייב להיות מתוכנן בקפידה כדי למנוע ריכוזים.מהנדסים משתמשים עכשיו (FLT:0flexure hing hesFLT:1), בחלקים של מקטעים מורכבים כי הוא ndally - כדי ליצור מפרקים kinematic כי הם מונוליטיים עם מבנה גמישים אלה.

מבנים ריגידיים מנופחים

גישה היברידית מסקרנת משתמשת במבנים מנפחים גמישים במהלך הפריסה ונוקשות לאחר מכן.אתגר העיצוב ה kinematic כאן שולט בתהליך האינפלציה כך שהמבנה מתפשט בצורה חלקה ללא tangling או buckling.FLT:0Rigidizable ComplexsFLT:1, אשר קשה כאשר נחשפים לקרינת UV או כאשר סוכן מרפא שוחרר, לאפשר מבנה להיות קומפקטי, ולאחר מכן להיות פרוזה-מפלקס, ואז להפוך חומר נוקשה.

סוכנות החלל האירופית בדקה בומות חד-משמעיות ללוויינים קטנים, והשגת אורך פרוס של כמה מטרים מחבילה בגודל של סודה יכול.הבומים האלה משתמשים בדפוס קנאי השולט ברצף המתגלה, למנוע את החומר מתפתל כפי שהוא נוקשה.

יישומים אוויריים: היכן Kinematics Meet the Final Frontier

חקר החלל היה הנהג העיקרי של חדשנות במבנים מתקפלים ופרודוקטיביים.המגבלות אכזריות: כל קילוגרם של שכר עולה אלפי דולרים כדי לשגרה, וברגע שהמבנה עוזב את כדור הארץ, אין הזדמנות להתאמה או לתקן.

אנטנות ומחשבות גדולות

לווייני תקשורת וחללית מדעית זקוקים לאנטנות גדולות בהרבה מכל רכב שיגור המתוקן.הפתרון הוא משקף שניתן לפרוס אשר מתפתח במסלול.TheFLT:0AstroMesh Reflectorpherpherph1, המשמש במספר לווייני תקשורת, משתמש במבנה של טרה-דלקתי קנאי שמרחיב ממגרש מכדי ממנה מטבולית יותר מ-20 מטרים בקוטר.

העיצוב הקיומי של המשקפים הללו הוא מדויק במיוחד.יש להציב את פני השטח של הישבן בתוך כמה מ"מ ביחס לקרני ההזנה, למרות שהמבנה עבר רצף פריסה מורכב.מהנדסים משתמשים ב-FLT:0precision kinematic RsFLT:1 בנקודות ההחזקה, ולהבטיח כי הגיאומטריה המסוכס הסופי נקבעת על ידי אותו הקשר בכל פעם, ללא קשר בין אם לא משנה לטמפרטורות קלות או קטיות.

סולריות ונהרות גדולות

מפלי השמש מייצגים את העיצוב האולטימטיבי במבנה מבוזר: מאות מטרים רבועים באזור שיש לארוז לתוך נפח נמדד ב ליטרים:0 LightSail 2hilFLT:1 המשימה הדגים 32 מטר מרובע מפרש 32 מטר ממטר מקובעת באמצעות ארבעה מפורמים מתכתיים שלא נדהמו מתקפלים.

מפרשים סולאריים של הדור הבא הם חקרו את ה-FLT:0 ⁇ -optimized בומדומים 1FreasFelop1LT עם חלקים שאינם חד-מיניים המספקים את הנוקשות הנכונה לאורך אורך שלהם תוך מתן אריזות הדוקות.הבומים האלה משתמשים בעיצוב kinematic שבו המדינה הנטועה היא סליל שטוח, והמדינה הפרוסים היא עקומה, פתוחה- ניתוח עליון הדורש ניתוח קפדני של מדינות ביניים.

על האסיפה וההפצה מחדש

אולי העיצובים השאפתניים ביותר נועדו להרכבה רובוטית בחלל.המשימה של ה-0DARPA Orbital ExpressFLT:1 ותוכנית ה-FLT של נאס"א:2Rehouse-LearFLT 3 (התוצאה של נאס"א) הפגינו את הפחתת הדלק הרובוטי וההחלפת הרכיב, אך הרכבה בקנה מידה מלא של מבנים גדולים ממודולים נותר יכולת עתידית.

חוקרים במעבדת לינקולן (FLT:0)FLT 1E) פיתחו ממשקים kinematic המאפשרים למחלקת הדרים מודולריים להיות מחוברים על ידי תנועה פשוטה של דחיפה ו-twist, ללא כל כלים הדרושים. כל ממשק מספק קישוריות מבנית, כוח, ועברת נתונים באמצעות חיבור מכני יחיד.

אדריכלות והנדסה אזרחית: מבנים ניתנים להחלפה לכדור הארץ

על פני כדור הארץ, המגבלות שונות אך לא פחות תובעניות משקל הוא פחות עניין, אך עלות, עמידות וקלות השימוש הן מבנים רב-חשיבות.מבנהים בלתי-אפשריים בארכיטקטורה חייבים לעמוד בפני רוח, שלג, ועומסים סיסמיים, תוך השארת מספיק פשוט עבור עובדים לפעול ללא הכשרה מיוחדת.

גגות וכיסויי אצטדיון

העיצוב הקיומי של גגות הדהדו באופן דרמטי.העיצובים המוקדמים השתמשו בתרגום פשוט - זוג לוחות גג קשיחים ששוטפים על מסילות רכבת.איצטדיון מודרני, כמו FLT:0Fi StadiumSovyFLT:1 בלוס אנג'לס, משתמשים במערכות קישור מורכבות המאפשרות לגג להיפתח ולסגור תוך שמירה על משטח ארכיטקטוני חלק.

האתגר הקיומי של גגות גדולים של רצף הוא תנועה גדולה:0 (הופנה מהדף) עם מספר רב של מערכות הידראוליות (FLT:1 ).אם לוחות הגג נעים אפילו מעט מחוץ לסנכרן, המבנה יכול לקשור או למהנדסים.המהנדסים משתמשים כעת במערכות הידראוליות מסונכרנות עם משוב מקודנים ליניאריים המעקבים את המיקום של כל נקודה.

מקלטי חירום ושיכון שניתן ליישב

כאשר אסון מכה, היכולת לפרוס במהירות מקלט הוא קריטי.העיצוב הקליניטי אפשר מקלטים שניתן לאחסן אותם על משאית ונבנה על ידי אדם אחד בתוך דקות.ה-FLT:0Expandable HabitatFLT:1 מושג, שפותח על ידי חוקרים באוניברסיטת שטוטגרט, משתמש במערכת חישה שמרחיבת עובי של 30 ס"מ לנפח של 50 מטרים.

החדשנות כאן טמונה בתצורה הפרוטסטנטית:0 (מפרקים עצמיים) של ההרחבה (FLT:0) 1:1 אשר באופן אוטומטי לעסוק כאשר המבנה מגיע לתצורה הפרוסים שלו.אין סיכות, מברגים או כלים נדרשים.העיצוב הקלינימטי מבטיח כי המפרקים לא יכולים לנעול בטרם עת – מצב כשלון משותף בעיצובים קודמים – וכי הם משחררים בקלות לחבילה מחדש.

גשרים ניתנים להפרדה לתגובת צבאי ואסון

מהנדסים צבאיים השתמשו בגשרים פורסים במשך עשרות שנים, אך עיצובים מודרניים דוחקים את גבולות מה שניתן לשאת ולייסד על ידי צוות קטן.ה-FLT:0Medium Girder BridgeofLT:1, המשמש כוחות נאט"ו, משתמש במערך של לוחות אלומיניום המחוברים על ידי קינאמטית צירים.

עבודה אחרונה על ההרחבה:0 (FLT:0) גשרים משולשים (FLT:1 ), התמקדה בצמצום מספר החלקים הייחודיים ופשטה את רצף הפריסה. חלק מהעיצובים משתמשים כעת בשרשרת קנאימטית אחת שמתגלה כהסכמה, עם כל סעיף הננעל במקום, כאשר הוא מגיע למיקומה הסופי.

מוצרי הצריכה וחדשנות יומיומית

בעוד אווירול וארכיטקטורה לתפוס כותרות, החידושים עיצוביים קרימטיים משנים גם מוצרים יומיומיים.מטלפונים מתקפלים להרחבת הרהיטים, אותם עקרונות של תנועה ואימון מוחלים בקנה מידה קטן יותר ועלויות נמוכות יותר.

אלקטרוניקה: המהפכה הינדג

הסמארטפון הנראה הוא היישום הצרכני הגלוי ביותר של עיצוב קיומטי.האתגר הוא עצום: מנגנון hing שיכול לשרוד מאות אלפי מחזורים תוך שמירה על פרופיל חלק והגנה על תצוגה גמישה שברירית.

העיצוב הקיומי של הירכיים הללו כרוך במספר אלמנטים מקושרים שנעים ברצף מתואמת.כפי שהטלפון נסגר, הקטעים של hing לסובב ותרגם בו זמנית, יצירת חלל אשר מתאים את התצוגה המתפתלת ללא לחץ. אותו מנגנון חייב לנעול בנוקשות כאשר פתוח, מתן תחושה מוצקה למשתמש.

ריהוט מורחב: Small-Space Living

דירות עירוניות הופכות קטנות יותר, ויוצרות דרישה לריהוט שמתאים לטבלאות אוכל מורחבות, מיטות קיר ומערכות מדפים מודולריות מסתמכות על מנגנונים קרימטיים שאינם נראים למשתמש אך קריטיים לתפקודו.שולחן מודרני מתרחב משתמש ב-FLT:0scisor Linkage תחת הטבלהFLT:1 אשר מרחיב את השטח תוך שמירה על גובה עקבי והתאמה.

החדשנות בריהוט הצרכנים היא יותר ויותר על הרכבה ללא דיסלקטיבי ותיקון: (Kinematic Joints that Lock with a Quarter-turn of a knob או דחיפה של כפתור המאפשר למשתמשים לשנות רהיטים מבלי לדרוש כוח או ידע מיוחד.עבור המעצב, האתגר הוא איזון פשטות עם עמידות - מכניזם כי הם מורכבים מדי לא ישתמשו, בעוד אלה עשויים לספק פונקציונליות פשוטה מדי.

ייצור ופרסום מראש

העיצוב הקלינימטי הטוב ביותר הוא ללא ערך אם לא ניתן לייצר אותו בעלות סבירה ואיכותית.ההתפתחויות האחרונות במרקם מאפשרות לייצר רכיבים קרימטיים מורכבים שהיו בעבר לא כלכליים.

ייצור תוספתי עבור Kinematic Components

הדפסה 3D היא שינוי משחק עבור אבטיפוס וייצור נמוך כרכים של מרכיבים kinematic.FLT:0Metal תוספת ייצור FLT:1 יכול לייצר גוף hing עם משטחים משולבים, חיסול הצורך שיחים נפרדים ו pins. זה מקטין ספירה חלקית ועבודת הרכב תוך שיפור הדיוק.

הדפסה רב-חומרית, המשלבת חומרים נוקשים וגמישים ברכיב יחיד, מאפשרת ל-FLT:0monolithic kinematic מנגנונים kinematic מנגנונים ⁇ FLT:1 הדורשים לא התאספות בכלל. a comcomppliant hinge ניתן להדפיס כחלק ממבנה גדול יותר, עם חומר גמיש להרכיב את hing ואת החומר נוקשה להרכיב את המסגרת שמסביב.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

עבור יישומים בעלי שם גבוה כמו מוצרי אלקטרוניקה, ייצור תוספים איטי מדי.Precision בוהההתשל מתכת רכיבי hinge יכול לייצר מיליוני חלקים זהים בעלות נמוכה ליחידה.האתגר הוא שמירה על דיוק kinematic על פני ריצות ייצור גדולות. Die Wear and material variability יכול לגרום סחף ממדי, המוביל ל hing כי מרגיש רופף או חזק.

יצרנים משתמשים כעת ב- 0FLT:0in-מעבד ניטור FIRLT:1 ; עם חיישנים אופטיים המדדודים את הממדים הקריטיים בכל חלק, להאכיל נתונים בחזרה כדי להתאים את תהליך ההנפקה בזמן אמת.גישה זו של ייצור סגור-פרלופ מבטיחה כי סובלנות kinematic נשמרת גם ככלי ללבוש, צמצום גרד ושיפור עקביות המוצר.

עיצוב וסימולציות כלים

המורכבות של מערכות קריומטיות מודרניות דורשות כלים חישוביים מתוחכמות.אין מהנדס יכול לנתח באופן ידני את האינטראקציות בין עשרות חלקים נעים מעבר לרצף פריסה שעשוי לכלול מאות שלבים.

ריידי-Body Dynamics Simulation

חבילות תוכנה כמו FLT:0 (Dassault Systèmes SimuliaFLT:1 ו Ansys מאפשרות למהנדסים מודל מבנים בלתי ניתנים לפרוסציה של גופים קשיחים המחוברים על ידי מפרקים. סימולציות אלה מנבאות את הכוחות, האצות ורמות הלחץ לאורך רצף הפריסה, זיהוי מצבי כישלונות פוטנציאליים לפני יצירת חומרה.

מצב האמנות כולל כיום:0 דינמיקה גוף גמישה FLT ( 1:1), שבו כמה מרכיבים הם מודל deformable.זה קריטי עבור מבנים גדולים פורריסה שבו אפילו סטיות קטנות יכול לגרום מחייב או misalignment. a פריחה מערכת שמש כי מתפתל מעט מתחת למשקל שלה במהלך פריסה עשוי להיות לוכדת סימולציה גמישה לוכדת את ההשפעות האלה, ומאפשרת למהנדסים כדי להתאים את התכונות העיצוביות או קידוד.

אופטימיזציה של מבנה Kinematic Structures

אופטימיזציה טופולוגי, המשמש זמן רב לתכנון מבנים סטטיים קלים משקל, הוא עכשיו מיושם במערכות kinematic.אלגוריתם אופטימיזציה מתחיל עם בלוק של חומר להסיר חומר שבו הוא לא צריך, תוך שמירה על התנהגות kinematic הרצויה. עבור hinge, האלגוריתם עשוי להסיר חומר מהגוף hinge תוך השארת חומר באזורים הנושא וכבישים העומס.

גישה זו יצרה עיצובים hinge כי הם 30 עד 40 אחוזים בהיר יותר מאשר עיצובים קונבנציונליים תוך שמירה על כוח שווה ונוקשות. עבור יישומי חלל, שבו כל גרם חשוב, חיסכון אלה הוא טרנספורמטיבי.

כיוונים עתידיים: מה בא אחר

תחום העיצוב הקיומי של המבנים הקפלים והרחבים הוא רחוק מהתבגרות.מספר מגמות מתעוררות מצביעות על יכולות שנראה כמעט עתידניות כיום.

⁇ אוטונומית עם אינטליגנציה Embedded

מבנים הקיימים כיום, לאחר רצף שנקבע מראש: התגלות צעד אחד, ואז צעד שני, וכן הלאה. מבנים עתידיים משלבים חיישנים ומבצעים שיאפשרו להם לחוש את התצורה שלהם ולהתאים את רצף הפריסה על זבוב.אם מקלות hinge, המבנה יכול לזהות את החסימה ולנסות תנועה חלופית לנקות אותו.

חוקרים מאוניברסיטת טוקיו הוכיחו אבטיפוס של AFLT:0) בעצמם-מודעה ל-trussveFLT 1 לשימוש בזנים ומנועים זעירים לתיקון שגיאות הפריסה שלו עצמו.

מערכות הפעלה עצמית מתקדמות

הגביע הקדוש של מבנים ניתנים לשינוי הוא מערכת שיכולה לשנות את עצמה לצורות שונות רבות בהתאם למשימה. מודול בית גידול רובוטי עשוי להתחיל כציל קומפקטי, ואז להגדיר מחדש מנהרה ארוכה, מלוטשת עבור שלב משימה אחד ורחב, פתוח דום עבור אחר.

זה דורש התפלגות:0 kinematic מודולים FLT:1 עם דרגות מרובות של חופש ואת היכולת לנעול בתצורה שרירותית.קבוצות מחקר כמה עובדים על אבני בניין מודולריות שיכולים להרכיב את עצמם לתוך שונים להתנצלות, באמצעות ממשקים kinematic כי להעביר גם עומסים מבניים וכוח חשמלי.

ביו-שראה Kinematics

הטבע מספק השראה אינסופית לעיצוב קרימטי.הדרך שבה גברת ביבוא מתקפלת כנפיים מתחת לאטטרה שלה, מנגנון הארכה של רגלו של עכביש, התגלות עלה מבן - כל המערכות הביולוגיות הללו משיגות שינויים יוצאי דופן עם אנרגיה מינימלית וחומר.

מהנדסים משתמשים כעת ב- 0FLT:0.3D photogrammetry ו- CTeur סריקת CTFLT:1 כדי ללכוד את הגיאומטריה המפורטת של מנגנוני קיפול ביולוגיים. סריקות אלה מומרים למודלים של CAD וניתחו עבור התכונות הקלות שלהם. כמה מושגים סולאריים שניתן לפרוס היו בהשראת ישירות על ידי דפוסים מתקפלים של כנפיים חרקים, השגת יחסים כי על ידי גורם של שני או יותר.

המונחים: the widesibility space

עיצוב Kinematic עבור מבנים מתקפלים ורחבים נכנס לתקופה של חדשנות מהירה ומתמשך.התכנסות של חומרים מתקדמים, כלים חישוביים וטכניקות ייצור מאפשר מבנים קלים, אמינים יותר, ומסוגלים יותר מאי פעם.מריק החלל ועד לגבולות של דירה עיר, היכולת לשנות צורה הופכת יכולת בסיסית של מערכות מהונדסות.

האתגרים שנותרו הם משמעותיים.הפצה אמינה על פני אלפי מחזורים, ייצור זול של מרכיבים קרימטיים מורכבים, ואימות של מנגנוני פריסה עבור יישומים קריטיים בטיחות, כולם דורשים המשך מחקר ופיתוח.אבל המסלול ברור: המבנים של המחר לא יהיו ניגודים סטטיים של חלקים קשיחים אבל מערכות הסתגלות שיכולים לשנות את הצורה שלהם כדי לענות על הצרכים המשתנים.

עבור מהנדסים ומעצבים, המסר פשוט: לחשוב בתנועה, לא רק בעמדה.הגאומטריה של טרנספורמציה היא שפת עיצוב שמתחילה רק לחקור, אוצר המילים שלה ממשיך להתרחב עם כל חידושים חדשים בעיצוב קריומטי.