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自适应折叠凉亭:灵感源于瓢虫翅膀

作者:佚名 发表于2019-09-15 08:39:46

斯图加特大学的ITECH研究组在2018-19阶段开发了一种自适应性的结构,其灵感来源于瓢虫翅膀的折叠机制。该结构由两个可调节的折叠单元组成,材料选用了碳纤维和玻璃纤维增强塑料,是第一个以工业铺带技术自动装配的大尺寸适应性机械装置。

 

▼项目概览

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▼结构外观

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▼鸟瞰

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自适应结构

 

自适应结构历来是建筑师和工程师们不懈探索的领域,并且已经产生了许多概念和技术上的方案,其目的是使建造系统满s足不断变化的空间和结构需求,并且及时对环境变化做出回应。最新的自适应结构案例大都是在缸体力学的基础上提出的,该项目的不同之处在于,它探索了纤维增强塑料材料在大型动力折叠系统中的应用潜力,并尝试通过枢纽带的弹性形变来实现空间的重构。此外,它并非只是将计算机技术和机器人系统运用到设计和制造的过程中,而是使其成为结构本身。一体化的动力系统能够自动调整结构的围合程度,同时作为一个自动化的建筑系统来与使用者进行交互和沟通。

 

▼结构模仿了瓢虫翅膀的折叠机制

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▼结构细部

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综合数字设计模型

 

项目团队专门开发了一个综合性的数字化工作流程,能够对构件设计、动力学行为、结构分析和模拟以及装配数据生成等多方面因素进行整合。

 

▼工作流程示意

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基于平面的折叠图案和构件轮廓会在该流程中被转化为三维的形态,并且可以实现方向和倾斜度的调节。随后生成的动力学骨架将被用于测试折叠行为。在各种限制条件和结构考量因素的基础上对构件进行离散后,将确定出具体位置所要采用的材料,并将模型发送至有限元分析(FEA)软件以模拟运动和负荷行为。在最后一个阶段,描述刚度变化和离散模式的分析图将被用于计算层压面板的定向性。定制的计算机工具可以直接输出关于机器人和机械控制的数据文件,从而实现全自动的工业铺带程序。

 

▼综合数字设计模型示意

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以聚酰胺基质为框架的碳和玻璃纤维铺带技术能够自动制造出材料梯度高度分化的层压板组件,从而可以根据结构和功能的要求来调整纤维的分布方向和层压板的组织形态,最终实现对材料性能的精确控制。碳纤维仅用于必要的结构单元,玻璃纤维则用于连续的大尺寸面板。与此同时,半透明的材料也强调出了不同构件在功能角色上的差异。

 

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▼碳纤维仅用于必要的结构单元,玻璃纤维则用于连续的大尺寸面板

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▼层压板细部

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▼工业铺带程序

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来源:谷德设计

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