Two-dimensional self-trapping structures in three-dimensional space

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

It is known that if a finite set of convex figures is present on the plane, whose interiors do not intersect, then among these figures there is at least one outermost figure – one that can be continuously moved “to infinity” (outside a large circle containing the other figures), while leaving all other figures stationary and not intersecting their interiors during the movement. It has been discovered that in three-dimensional space, there exists a phenomenon of self-trapping structures. A self-trapping structure is a finite (or infinite) set of convex bodies with non-intersecting interiors, such that if all but one body is fixed, that body cannot be “carried to infinity”. Since ancient times, existing structures have been based on the consideration of layers made of cubes, tetrahedra, and octahedra, as well as their variations. In this work, we consider a fundamentally new phenomenon of two-dimensional self-trapping structures: a set of two-dimensional polygons in three-dimensional space, where each polygonal tile cannot be carried to infinity. Thin tiles are used to assemble self-trapping decahedra, from which second-order structures are then formed. In particular, a construction of a column composed of decahedra is presented, which is stable when fixing two outermost decahedra, rather than the entire boundary of the layer, as in previously investigated structures.

About the authors

V. O. Manturova

Moscow Institute of Physics and Technology; Kazan Federal University; Northeastern University

Author for correspondence.
Email: vomanturov@yandex.ru
Russian Federation, Moscow; Kazan; Shenyang, China

A. Ya. Kanel-Belov

Moscow Institute of Physics and Technology; Bar-Ilan University; Nosov Magnitogorsk State Technical University

Email: kanelster@gmail.com
Russian Federation, Moscow; Ramat Gan, Israel; Magnitogorsk

S. Kim

Jilin University

Email: kimseongjeong@jlu.edu.cn
China, Changchun

F. K. Nilov

Moscow Institute of Physics and Technology; Moscow State University

Email: nilovfk@gmail.com
Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Kanel-Belov A.J., Dyski A.V., Estrin Y., Pasternak E., Ivanov I.A. Interlocking of convex polyhedra: towards a geometric theory of fragmented solids. Moscow Mathematical Journal, 2010. arXiv:0812.5089v1.
  2. Канель-Белов А.Я. Самозаклинивающиеся структуры // Квант. Физико-математический журнал для школьников и студентов. Январь–февраль 2009. Т. 1. С. 20–23.
  3. Djumas L., Simon G.P., Estrin Y. et al. Deformation mechanics of non-planar topologically interlocked assemblies with structural hierarchy and varying geometry // Nature. Sci Rep 7. 2017. P. 11844. https://doi.org/10.1038/s41598-017-12147-3
  4. Khandelwal S., Siegmund T., Cipra R.J., Bolton J.S. Transverse Loading of Cellular Topologically Interlocked Materials // Int. J. Solids Struct. 2012. Vol. 49. No. 18. P. 2394–2403.
  5. Khandelwal S., Cipra R.J., Bolton J.S., Siegmund T. Adaptive Mechanical Properties of Topologically Interlocking Material Systems // Smart Mater. Struct. 2015. Vol. 24. No. 4. P. 045037.
  6. Feng Y., Siegmund T., Habtour E., Riddick J. Impact mechanics of topologically interlocked material assemblies // Intl. J. Impact Eng. 2015. Vol. 75. P. 140–149.
  7. Siegmund T., Barthelat F., Cipra R.J., Habtour E., Riddick J. Manufacture and Mechanics of Topologically Interlocked Material Assemblies // Applied Mechanics Reviews. 2016. Vol. 68.No. 4. P. 041401–1.
  8. Mather A., Cipra R.J., Siegmund T. Structural Integrity During Remanufacture of a Topologically Interlocked Material // Int. J. Struct. Integr. 2012. Vol. 3. No. 1. P. 61–78.
  9. Bayer J., Benzmúller C., Buzzard K., David M., Lamport L., Matiyasevich Y., Paulson L., Schleicher D., Stock B., Zelmanov E. Mathematical proof between generations. arXiv:2207.04779.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».