KCI등재
SCOPUS
Intelligent computational design of scalene-faceted flat-foldable tessellations
저자
Chen Yao (Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of Ministry of Education, and National Prestress Engineering Research Center, Southeast University, Nanjing 211189, China) ; Lu Chenhao (Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of Ministry of Education, and National Prestress Engineering Research Center, Southeast University, Nanjing 211189, China) ; Yan Jiayi (Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of Ministry of Education, and National Prestress Engineering Research Center, Southeast University, Nanjing 211189, China) ; Feng Jian (Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of Ministry of Education, and National Prestress Engineering Research Center, Southeast University, Nanjing 211189, China) ; Sareh Pooya (Creative Design Engineering Lab (Cdel), Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering, School of Engineering, University of Liverpool, UK)
발행기관
학술지명
Journal of computational design and engineering(Journal of Computational Design and Engineering)
권호사항
발행연도
2022
작성언어
English
주제어
등재정보
KCI등재,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
1765-1774(10쪽)
DOI식별코드
제공처
Origami tessellations can be folded from a given planar pattern into a three-dimensional object with specific geometric properties, inspiring developments in various fields of science and engineering such as deployable structures, energy absorption devices, reconfigurable robots, and metamaterials. However, the range of existing origami patterns with functional properties such as flat-foldability is rather scant, as analytical solutions to constraint equations arising in the design process are generally highly complicated. In this paper, we tackle the challenging problem of automated design of scalene-faceted flat-foldable origami tessellations using an efficient metaheuristic algorithm. To this end, this study establishes constraint curves based on compatibility conditions for all six-fold (i.e., degree-6) vertices. Subsequently, a graphical method and a particle swarm optimization (PSO) method are adopted to produce optimal origami patterns. Moreover, mountain-valley assignments for the obtained geometric designs are determined using a computational approach based on mixed-integer linear programming. It turns out that the flat-foldable internal vertices of each C2-symmetric unit fragment (UF) exist as C2-symmetric pairs about the centroid of the UF. Furthermore, numerical experiments are carried out to examine the feasibility and compare the accuracy, computational efficiency, and global convergence of the proposed methods. The results of numerical experiments demonstrated that, in comparison with the graphical method, the proposed PSO method has not only a higher accuracy but also a significantly lower computational cost, enabling us to develop an intelligent computational platform to efficiently design scalene-faceted flat-foldable origami tessellations.
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