In recent years, the concept of kirigami has been used in creating deployable structures for various scientific and technological applications. While high-fidelity Finite Element Analysis (FEA) is the standard for analyzing stress distributions and material deformation, it is computationally intensive and often ill-suited for the rapid exploration of vast kinematic configuration spaces. In this work, we develop PyKirigami, a lightweight, open-source Python framework for the efficient deployment simulation of kirigami structures. Unlike continuum mechanics solvers, PyKirigami models tessellations as articulated rigid-body networks, allowing for the real-time simulation of global deployment trajectories and volumetric transformations. The tool incorporates collision detection and interactive actuation, enabling users to validate folding paths and identify geometric locking states in both 2D and 3D topologies. This framework serves as a fast kinematic prototyping tool for kirigami structures, allowing researchers to verify deployment mechanics and self-contacts prior to performing detailed mechanical analysis or physical fabrication.


翻译:近年来,剪纸概念已被广泛应用于创建可展开结构,服务于多种科学与技术应用。虽然高保真度有限元分析(FEA)是分析应力分布和材料变形的标准方法,但其计算成本高昂,且通常不适用于快速探索庞大的运动学构型空间。本研究开发了PyKirigami,一个轻量级、开源的Python框架,用于高效模拟剪纸结构的展开过程。与连续介质力学求解器不同,PyKirigami将镶嵌结构建模为铰接刚体网络,从而能够实时模拟全局展开轨迹和体积变换。该工具集成了碰撞检测与交互驱动功能,使用户能够在二维和三维拓扑中验证折叠路径并识别几何锁定状态。该框架可作为剪纸结构的快速运动学原型设计工具,帮助研究者在进行详细力学分析或物理制造之前,验证展开机制与自接触行为。

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