Three dimensional (3D) structures composed of planar surfaces can be build out of accessible materials using easier fabrication technique with shorter fabrication time. To better design 3D structures with planar surfaces, realistic models are required to understand and evaluate mechanical behaviors. Existing design tools are either effort-consuming (e.g. finite element analysis) or bounded by assumptions (e.g. numerical solutions). In this project, We have built a computational design tool that is (1) capable of rapidly and inexpensively evaluating planar surfaces in 3D structures, with sufficient computational efficiency and accuracy; (2) applicable to complex boundary conditions and loading conditions, both isotropic materials and orthotropic materials; and (3) suitable for rapid accommodation when design parameters need to be adjusted. We demonstrate the efficiency and necessity of this design tool by evaluating a glass table as well as a wood bookcase, and iteratively designing an origami gripper to satisfy performance requirements. This design tool gives non-expert users as well as engineers a simple and effective modus operandi in structural design.


翻译:由平面构成的三维(3D)结构可以使用更简单的制造技术,用更短的制造时间来建造无障碍材料。为了更好地设计带有平面表面的三维结构,需要有现实的模式来理解和评价机械行为。现有的设计工具要么耗费精力(例如有限元素分析),要么受假设(例如数字解决方案)的约束。在这个项目中,我们建立了一个计算设计工具,该工具(1)能够迅速和廉价地评估三维结构中的平面,并具有充分的计算效率和准确性;(2)适用于复杂的边界条件和装载条件,既包括地表材料和正热材料;(3)在设计参数需要调整时适合快速容纳。我们通过评估玻璃桌和木书箱,以及迭接地设计一种能满足性能要求的木头控制器,来证明这一设计工具的效率和必要性。这一设计工具使非专家用户和工程师在结构设计中有一种简单而有效的手法。

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