Toggling stiffness via multistability
Hugo de Souza Oliveira, Michele Curatolo, Renate Sachse, Edoardo Milana
机械超材料通过结构设计而不是材料组成来实现非常规和可编程的机械响应。 在这项工作中,我们引入了一种多稳定的机械超材料,它表现出可切换的刚度效应,其中有效的剪切刚度在稳定的配置之间离散地切换。 单元单元单元的代理束模型的机械分析表明,这种行为源于支撑梁向弯曲梁传输的旋转,该旋转支配弯曲和轴向变形之间的平衡。 单元单元单元的两个状态之间的刚度比可以通过改变支撑梁的纤细度或通过结合调节旋转转移的局部铰链来调整。 关于3D打印原型的实验验证了数值预测,证实了在不同几何形状上一致的刚度。 最后,我们演示了一个单片式软离合器,利用这种效果来实现可编程的,逐步的刚度调制。 这项工作建立了使用多稳定超材料可切换刚度的设计策略,为软机器人和智能结构中的自适应,轻量级和自主系统铺平了道路。
Mechanical metamaterials enable unconventional and programmable mechanical responses through structural design rather than material composition. In this work, we introduce a multistable mechanical metamaterial that exhibits a toggleable stiffness effect, where the effective shear stiffness switches discretely between stable configurations. The mechanical analysis of surrogate beam models of the unit cell reveal that this behavior originates from the rotation transmitted by the support beams to t...