In this paper, a theoretical scheme is proposed for shape-programming of thin hyperelastic plates through differential growth. First, starting from the 3D governing system of a hyperelastic (neo-Hookean) plate, a consistent finite-strain plate equation system is formulated through a series-expansion and truncation approach. Based on the plate equation system, the problem of shape-programming is studied under the stress-free assumption. By equating the stress components in the plate equations to be zero, the explicit relations between growth functions and geometrical quantities of the target shape of the plate are derived. Then, a theoretical scheme of shape-programming is proposed, which can be used to identify the growth fields corresponding to arbitrary 3D shapes of the plate. To demonstrate the efficiency of the scheme, some typical examples are studied. The predicted growth functions in these examples are adopted in the numerical simulations, from which the target shapes of the plate can be recovered completely. The scheme of shape-programming proposed in the current work is applicable for manufacture of intelligent soft devices.


翻译:在本文中,提出了通过差异增长对稀薄超弹性板块进行形状方案化的理论方案。首先,从3D超弹性(新-休克)板块的治理系统开始,通过一系列扩展和脱线方法,形成一个一致的有限边板板板板块方程式系统。根据板块方程式系统,在无压力假设下研究形状方案化问题。通过将板块方程式中的压力成分等同为零,可以得出板块形状生长功能和目标形状几何数量之间的明确关系。然后,提出了形状方案化理论方案化方案化办法,用于确定与板块任意的3D形状相对应的生长场。为了证明这个办法的效率,研究了一些典型的例子。这些例子的预测增长功能在数字模拟中采用,从中可以完全恢复板块的目标形状。目前工作提议的形状方案化办法适用于智能软装置的制造。

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