Numerical and experimental study of waterbomb Origami

Origami has drawn a lot of interest from the fields of geometry, mathematics, and engineering due to its capability to generate deployable objects from pre-designed crease patterns on a flat sheet. one sort of conventional origami called a "waterbomb tessellation," which is made up of a collection of waterbomb bases, has received a lot of attention because it can be used to make mathematically pleasing 3D objects. This thesis work deals with both simulation and experimental characterization of waterbomb origami structure. Core part of the thesis is experimentation. During experiment, crease patterns of waterbomb models are built and tested in a UTM (Shimadzu Autograph AGS-X) to characterize its mechanical behavior. Particularly, experiment results are used to identify the stable and bi-stable configuration of the waterbomb model. Identification of patterns with and without stable configurations, the thesis is able to provide a practical result to advocate the usage of different crease pattern for different applications. Along with experiment, a CAD modeling tool Rhinoceros-Grasshopper is employed to create waterbomb models from the base crease pattern. By using this tool, kinematic behavior is analyzed and also stable configuration is simulated. Finally, a preliminary static analysis is carried out in Ansys to simulate the behavior of waterbomb models for different compressive loading conditions. The results indicate that the rigid foldability assumption is crucial to the comparison’s equivalency. By comparing model results to measured values on a real prototype, the analyses are validated and discussed. This work could expand the exploration of building deployable 3D structures of the waterbomb origami.

Origami ha suscitato molto interesse nei campi della geometria, della matematica e dell'ingegneria grazie alla sua capacità di generare oggetti dispiegabili da pieghe pre-progettate modelli su un foglio piatto. una sorta di origami convenzionale chiamato "tassellatura di bombe d'acqua", che è costituita da una raccolta di basi di bombe d'acqua, ha ricevuto molta attenzione perché può essere utilizzato per creare oggetti 3D matematicamente gradevoli. Questo lavoro di tesi si occupa sia della simulazione che della caratterizzazione sperimentale della struttura origami della bomba ad acqua. Parte centrale della tesi è la sperimentazione. Durante l'esperimento, i modelli di piega dei modelli di bombe ad acqua sono costruiti e testati in un UTM (Shimadzu Autograph AGS-X) per caratterizzarne il comportamento meccanico. In particolare, vengono utilizzati i risultati degli esperimenti per identificare la configurazione stabile e bistabile del modello waterbomb. Identificazione di pattern con e senza configurazioni stabili, la tesi è in grado di fornire una pratica risultato per sostenere l'uso di diversi modelli di piega per diverse applicazioni. Lungo con l'esperimento, viene utilizzato uno strumento di modellazione CAD Rhinoceros-Grasshopper per creare modelli waterbomb dal modello di piega di base. Utilizzando questo strumento, comportamento cinematico viene analizzato e viene simulata anche la configurazione stabile. Infine, in Ansys viene eseguita un'analisi statica preliminare per simulare il comportamento dei modelli di bombe d'acqua per diversi condizioni di carico di compressione. I risultati indicano che l'ipotesi di piegabilità rigida è cruciale per l'equivalenza del confronto. Confrontando i risultati del modello con i valori misurati su un prototipo reale, le analisi vengono validate e discusse. Questo lavoro potrebbe espandersi l'esplorazione della costruzione di strutture 3D dispiegabili degli origami delle bombe d'acqua.