Kirigami paradoxon
A kirigami egy japán művészeti technika, mely során a vékony papírt vágásokkal és hajtásokkal formáljuk. Előnye, hogy sík lapból készíthető segítségével háromdimenziós szerkezet. A modern világban számos műszaki területen jelent inspirációt, például az építészetben, a robottechnikában, az űrtechnikában és a metaanyagok kutatásaiban is. A közelmúltban több publikáció megjelent a hajlított kirigami ívek [1-3] és kupolák [3] témájában, melyekben vékony lemezekből különféle bevágásokkal építészetben is használatos formákat értek el. Keveset tudunk azonban arról, hogy a bevágások milyen hatással vannak a végső forma merevségére. Dolgozatomban koncentrált erővel terhelt, befogott, perforált ívek merevségét és alakját vizsgáltam úgy, hogy különböző területű és elrendezésű felületeket vágtam ki az anyagból. A perforáció által a szerkezet merevsége csökken, de az elrendezésétől függően az alak is változik, amely hathat kedvezően a merevségre. Munkánk célja meghatározni, hogy a porozitás mértéke és elrendezése milyen hatással van az alakra és a merevségre.
Különböző mintázatokat terveztünk, melyeket PET lemezekből lézervágással vágtunk ki. A mintázatok három csoportba sorolhatók: 1) a porozitás változó, de az elrendezés rögzített, 2) a porozitás rögzített, az elrendezés különböző, 3) mindkettő paraméter változik. A perforált lemezeket íves alakban meghajlítottuk, majd az így létrejött ív két végét befogással támasztottuk meg. A szerkezet legmagasabb pontján súllyal terheltük, a terhelt és a terheletlen alakot fotóval rögzítettük. A merevséget a középső pont deformációjából számítottuk.
Míg az irodalomban csak a porozitás mértékével magyarázzák a perforált lemezekből készült szerkezetek merevségét [2], a kísérleteink alapján megállapítható, hogy ívek esetén a porozitás mértéke és elrendezése azonos nagyságrendben befolyásolja a merevséget.
[1] Lee, T. U., Gattas, J. M., & Xie, Y. M. (2022). Bending-active kirigami. International Journal of Solids and Structures, 254, 111864.
[2] Liu, M., Domino, L., & Vella, D. (2020). Tapered elasticæ as a route for axisymmetric morphing structures. Soft Matter, 16(33), 7739-7750.
[3] Zhang, Y., Yang, J., Liu, M., & Vella, D. (2022). Shape-morphing structures based on perforated kirigami. Extreme Mechanics Letters, 56, 101857.
