<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Mater.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Materials</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Mater.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-8016</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fmats.2019.00041</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Materials</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Curvature Tuning in Folded Strips Through Hyperstatic Applied Rotations</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Barbieri</surname> <given-names>Ettore</given-names></name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/173166/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Department of Mathematical Science and Advanced Technology, Yokohama Institute for Earth Sciences</institution>, <addr-line>Yokohama</addr-line>, <country>Japan</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Nicola Maria Pugno, University of Trento, Italy</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Lorenzo Bardella, Universit&#x000E1; degli Studi di Brescia, Italy; Stefano Vidoli, Sapienza University of Rome, Italy</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Ettore Barbieri <email>e.barbieri&#x00040;jamstec.go.jp</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Mechanics of Materials, a section of the journal Frontiers in Materials</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>19</day>
<month>03</month>
<year>2019</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2019</year>
</pub-date>
<volume>6</volume>
<elocation-id>41</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>18</day>
<month>12</month>
<year>2018</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>22</day>
<month>02</month>
<year>2019</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2019 Barbieri.</copyright-statement>
<copyright-year>2019</copyright-year>
<copyright-holder>Barbieri</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>Folding a strip of paper generates extremely localized plastic strains. The relaxation of the residual stresses results in a ridge that joins two flat faces at an angle known as the <italic>dihedral</italic> angle. When constrained isostatically, the strip will be at its undeformed roof-like state. Instead, if confined hyperstatically, the flat faces will undergo bending. We demonstrate that the generated curvatures can change their sign with appropriate rotations applied at the ends. We use Euler&#x00027;s theory of the <italic>Elastica</italic> and a shooting method to match the applied rotations at the boundaries. We also consider a constitutive model for the discontinuous rotation that takes into account the initial dihedral angle and the rotational stiffness of the fold. We show that the curvatures on the left and the right of the fold change according to a law also confirmed by the Euler-Bernoulli beam theory for small displacements and rotations. For opposite applied rotations, the fold disappears in the limit of zero rotational stiffness; instead, for applied rotations of the same sign, there exists a theoretical non-zero critical rotational stiffness that neutralizes the fold. Below such critical value, the fold can mutate, for example, from a mountain to a valley fold.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>fold</kwd>
<kwd>crease</kwd>
<kwd>ridge</kwd>
<kwd><italic>Elastica</italic></kwd>
<kwd>discontinuous rotations</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">JP18K18065</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Japan Society for the Promotion of Science<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001691</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="13"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="82"/>
<ref-count count="33"/>
<page-count count="12"/>
<word-count count="4893"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Folds in thin strips are extremely localized curvatures that occur over a small length-scale. In the limit of such length to zero, the shape of the strip transforms into one with a sharp corner (Lechenault et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>). Such mechanical instabilities in thin strips are often the consequence of an over-constraining environment and material mismatch (Tanaka et al., <xref ref-type="bibr" rid="B30">1987</xref>; Bowden et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">1998</xref>), such as films on foundations.</p>
<p>Examples of patterns generated in confined conditions (Wang and Zhao, <xref ref-type="bibr" rid="B32">2015</xref>) include wrinkles (Huang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">2004</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">2005</xref>; Guvendiren et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2010</xref>), creases (Hong et al., <xref ref-type="bibr" rid="B15">2009</xref>; Lechenault et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>), blisters, folds (Conti and Maggi, <xref ref-type="bibr" rid="B8">2007</xref>; Pocivavsek et al., <xref ref-type="bibr" rid="B27">2008</xref>; Bayart et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2014</xref>), crumples (Vliegenthart and Gompper, <xref ref-type="bibr" rid="B31">2006</xref>; Deboeuf et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2013</xref>), and ridges (Lobkovsky et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">1995</xref>; Lobkovsky, <xref ref-type="bibr" rid="B23">1996</xref>; Lobkovsky and Witten, <xref ref-type="bibr" rid="B24">1997</xref>; Audoly and Pomeau, <xref ref-type="bibr" rid="B1">2010</xref>). The transitions from one to the other manifest as a consequence of the change in the boundary conditions (Holmes and Crosby, <xref ref-type="bibr" rid="B14">2010</xref>; Jin et al., <xref ref-type="bibr" rid="B18">2015</xref>).</p>
<p>Several researchers explored the mechanical snap-back and snap-through instabilities of thin structures constrained by controlled boundary conditions, both on displacements and rotations.</p>
<p>In Beharic et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B4">2014</xref>), the authors examined the bi-stable snap-through behavior of a beam with both positive and negative curvatures. To achieve such configuration, they confined the beam with applied symmetrical rotations at both ends and end-to-end horizontal span smaller than the arc-length. By deriving a strain energy landscape, they were able to determine a critical angle at which the deformation becomes mono-stable. Such critical angle depends monotonically only on the (compression) ratio between the arc-length and the horizontal span and not on the material or thickness, (Gomez et al., <xref ref-type="bibr" rid="B12">2017</xref>) by studying a very similar system, demonstrated that the speed of the snapping is lower than the prediction based on the speed of sound; in fact, even without dissipation, they discovered the existence of a slow-down near criticality.</p>
<p>Cazzolli and Dal Corso (<xref ref-type="bibr" rid="B7">2018</xref>) studied the snapping mechanisms for elastic strips without folds, generalizing the work of Beharic et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B4">2014</xref>). They derived an energy release map of all the possible rotations (symmetrical and non-symmetrical) for which the strip exhibits a snap mechanism. Other recent works on snapping in over-confined thin strips include (Yu and Hanna, <xref ref-type="bibr" rid="B33">2019</xref>), where they used the Kirchhoff equations for anisotropic rods to explain the stability under compression, shear, and symmetric clamping: they revealed a series of boundary conditions that can generate stable configurations. Sano and Wada (<xref ref-type="bibr" rid="B29">2018</xref>) instead explored a range of controlled asymmetrical boundary conditions (hinged-clamped) that generate snapping.</p>
<p>From the literature survey, there appears to be a considerable amount of research in confined thin sheets, especially in determining their stability. Very little yet exists on confined folded sheet. By fold, in this paper, we mean a sharp corner in the deformation (Lobkovsky, <xref ref-type="bibr" rid="B23">1996</xref>; Lechenault et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>).</p>
<p>Despite the abundance of solutions of the Euler&#x00027;s <italic>Elastica</italic> (Bigoni, <xref ref-type="bibr" rid="B5">2012</xref>; Manning, <xref ref-type="bibr" rid="B25">2014</xref>), there seems to be a lack of closed-form (or even numerical) solutions of the <italic>Elastica</italic> containing folds as we intend in this paper. Related works are (Dado et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2004</xref>) and (Phungpaingam and Chucheepsakul, <xref ref-type="bibr" rid="B26">2018</xref>), where they studied the post-buckling response of a cantilevered column (fixed-free ends) with a rotational spring in the middle, subjected to a concentrated horizontal force at the free end. However, there is no specific connection to folds, nor the spring contains a residual dihedral angle.</p>
<p>A sharp corner translates into a discontinuity of the rotation of the strip. Using a numerical meshfree method initially developed for cracks, our recently published work (Barbieri et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">2019</xref>) presented a discretization method to model thick plates with multiple folds with infinite rotational stiffness.</p>
<p>In this paper, we are particularly interested in how constraining a thin strip with a fold with finite rotational stiffness leads to non-zero curvatures. Also, we study how such curvatures can be tuned by modifying the applied rotations at the boundaries (<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>). The question of whether such shapes are stable or unstable remains a topic that requires further investigation.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Curvature induced by hyperstatic confinement, and change in curvature (tuning) through applied rotations. <bold>(A)</bold> Folds and curvatures induced by applied rotations &#x003B8;<sub>0</sub> and &#x003B8;<sub>1</sub>. <bold>(B)</bold> Signs of the curvatures.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Numerical Model Using Closed-Form Solutions of the <italic>Elastica</italic></title>
<p>To examine which boundary conditions create curvatures in folded strips, we carried out semi-analytical simulations. Assuming invariance in the width, we modeled the strip as a plate under cylindrical bending. Therefore, instead of the F&#x000F6;ppl-von K&#x000E1;rm&#x000E1;n equations, we modeled the strip as a planar, linearly elastic, unshearable, and inextensible rod, according to the Euler&#x00027;s theory of the <italic>Elastica</italic>.</p>
<p>The equilibrium equations for the <italic>Elastica</italic> are (Landau and Lifshitz, <xref ref-type="bibr" rid="B20">1959</xref>; Frisch-Fay, <xref ref-type="bibr" rid="B11">1962</xref>)</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1a)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E2"><label>(1b)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E3"><label>(1c)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(1d)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with boundary conditions</p>
<disp-formula id="E5"><label>(2a)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6"><label>(2b)</label><mml:math id="M6"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E7"><label>(2c)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E8"><label>(2d)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where (&#x000B7;)&#x02032; &#x0003D; d/d<italic>S</italic>, with 0 &#x02264; <italic>S</italic> &#x02264; <italic>L</italic> being the curvilinear coordinate, &#x003BC; is the curvature, &#x003B8; is the rotation, <italic>x</italic> and <italic>y</italic> the Cartesian coordinates of the deformation, <italic>L</italic> the length of the rod, <italic>B</italic> &#x0003D; <italic>EI</italic>/(1 &#x02212; <italic>&#x003BD;</italic><sup>2</sup>) the bending stiffness, <italic>E</italic> the Young modulus, <italic>I</italic> the second moment of area of the cross-section, &#x003BD; the Poisson ratio, <italic>H</italic><sub>0</sub> the applied horizontal force at <italic>S</italic> &#x0003D; 0, <italic>V</italic><sub>0</sub> the applied vertical force at <italic>S</italic> &#x0003D; 0, <italic>M</italic><sub>0</sub> the bending moment at <italic>S</italic> &#x0003D; 0, and <italic>&#x003B8;</italic><sub>0</sub> the rotation at <italic>S</italic> &#x0003D; 0, with positions <italic>x</italic><sub>0</sub>, <italic>y</italic><sub>0</sub> at <italic>S</italic> &#x0003D; 0 (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2A</xref>).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>The <italic>Elastica</italic> with a fold at <italic>S</italic> &#x0003D; <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub>. <bold>(A)</bold> The <italic>Elastica</italic> with a fold and its boundary conditions. <bold>(B)</bold> Dihedral angle &#x003B2;<sub>0</sub>, rest opening angle <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> and discontinuity [[<italic>&#x003B8;</italic>]] in the rotation.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0002.tif"/>
</fig>
<p>We pass to the dimensionless form using the following normalizations:</p>
<disp-formula id="E9"><label>(3)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x00233;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>resulting in</p>
<disp-formula id="E10"><label>(4)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the following system of non-linear ordinary differential equations [the <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is removed for ease of notation]</p>
<disp-formula id="E11"><label>(5a)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E12"><label>(5b)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(5c)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E14"><label>(5d)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with boundary conditions</p>
<disp-formula id="E15"><label>(6a)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E16"><label>(6b)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E17"><label>(6c)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E18"><label>(6d)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>/</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Following standard techniques (Bigoni, <xref ref-type="bibr" rid="B5">2012</xref>) of solution for Equation (5), we get</p>
<disp-formula id="E19"><label>(7)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with &#x003B8;<sub><italic>F</italic><sub>0</sub></sub> such that</p>
<disp-formula id="E20"><label>(8a)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E21"><label>(8b)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E22"><label>(8c)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E23"><label>(9)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">sign</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">am</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where am is the <italic>Jacobi amplitude function</italic> and</p>
<disp-formula id="E24"><label>(10)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">sign</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E25"><label>(11)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <italic>F</italic> is the <italic>elliptic integral of the first kind</italic> and</p>
<disp-formula id="E26"><label>(12)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E27"><label>(13)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E28"><label>(14)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The Cartesian coordinates of the deformation are</p>
<disp-formula id="E29"><label>(15)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E30"><label>(16)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E31"><label>(17)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext class="qopname">dn</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">dn</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where dn is the <italic>Jacobi dn function</italic></p>
<disp-formula id="E32"><label>(18)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mo class="qopname">sign</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo class="qopname">sign</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x02191;</mml:mi><mml:mi>&#x02193;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E33"><label>(19)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>E</italic> is the <italic>elliptic integral of the second kind</italic>, <italic>I</italic><sub>max</sub> &#x0003D; <italic>I</italic>(<italic>&#x003D5;</italic><sub>max</sub>) and <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x02191;</mml:mi><mml:mi>&#x02193;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the number of times from 0 to <italic>S</italic> when <italic>&#x003D5;</italic>&#x02032; changes sign. Furthermore,</p>
<disp-formula id="E34"><label>(20)</label><mml:math id="M38"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">arcsin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E35"><label>(21)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">sign</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">dn</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E36"><label>(22)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The strain energy of the rod is</p>
<disp-formula id="E37"><label>(23)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Let us now assume that a fold exists at 0 &#x0003C; <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003C; 1. The fold is a discontinuity &#x0301A;&#x000B7;&#x0301B; on the rotation, with the following constitutive model (Lechenault et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>)</p>
<disp-formula id="E38"><label>(24)</label><mml:math id="M42"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x0301A;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0301B;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> the curvilinear coordinate immediately to the right of <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> and <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> the one immediately on the left (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2B</xref>). The quantity &#x003BA; &#x0003E; 0 is the rotational stiffness of the fold, and <italic>M</italic>(<italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub>) is the bending moment, assumed continuous in the absence of concentrated moments applied at <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub>. The angle <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> is the <italic>rest opening angle</italic>. When <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0, there is no fold; when <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> &#x0003C; 0 the fold is called a <italic>mountain</italic> and when <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> &#x0003E; 0 the fold is called a <italic>valley</italic> (<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>). The linear relationship between bending moment and dihedral angle was showed experimentally in Lechenault et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>) and Jules et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B19">2019</xref>) to hold for a wide range of dihedral angles. In their experiments, Lechenault and co-workers used the setup in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. The sample is clamped at one end, with a dynamometer attached to the other end. Both ends lie in the same plane. The right end can translate as the force pulls the specimen. The sample is illuminated by a laser, and the successive deformations are captured by a digital camera. In this way, it is possible to measure the dihedral angle &#x003B2;<sub>0</sub>. The moment at the fold is calculated as the product of the force measured by the dynamometer and the maximum height of the profile <italic>y</italic>(<italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub>).</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Experimental setup used in Lechenault et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>) for the characterization of the rotational stiffness of the fold (adapted).</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0003.tif"/>
</fig>
<p>The geometrical meaning of <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> is shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2B</xref>. The rest opening angle is related to the dihedral angle &#x003B2;<sub>0</sub> by the simple relation</p>
<disp-formula id="E39"><label>(25)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The rest opening angle is a mechanical property related to the yield stress of the material of the strip (Lechenault et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>): to create a sharp fold, one needs to apply an extreme deformation that generates localized and irreversible strains. Such strains, in turn, lead to high stress concentrations beyond the yield stress of the material. An estimate of the dihedral angle is (Lechenault et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>)</p>
<disp-formula id="E40"><label>(26)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003F5;<sub><italic>p</italic></sub> is the plastic strain, &#x003C3;<sub><italic>Y</italic></sub> the yield stress and <italic>E</italic> the Young modulus of the material composing the strip. In addition, <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> appears to be independent from the thickness of the strip (Lechenault et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2014</xref>).</p>
<p>To tune the curvatures, we will further assume that at least one of the following quantities is assigned:</p>
<disp-formula id="E41"><label>(27)</label><mml:math id="M47"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which renders one or all of <italic>H</italic><sub>0</sub>, <italic>V</italic><sub>0</sub>, <italic>M</italic><sub>0</sub> unknowns to be determined. The procedure to compute such unknowns is a <italic>shooting</italic> method (Press et al., <xref ref-type="bibr" rid="B28">2007</xref>). Firstly, the solutions (7), (15), (16), and (22) are applied from 0 &#x02264; <italic>S</italic> &#x02264; <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub>: let us call this solution &#x003BC;<sup>&#x02212;</sup>, &#x003B8;<sup>&#x02212;</sup>, <italic>x</italic><sup>&#x02212;</sup>, and <italic>y</italic><sup>&#x02212;</sup>. Then, the values <italic>&#x003B8;</italic>(1), <italic>x</italic>(1), and <italic>y</italic>(1) are computed by applying the solution (7), (15), and (16) with the following boundary conditions:</p>
<disp-formula id="E42"><label>(28a)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E43"><label>(28b)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E44"><label>(28c)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E45"><label>(28d)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the procedure is iterated with a non-linear solver until <italic>&#x003B8;</italic>(1), <italic>x</italic>(1), and <italic>y</italic>(1) computed in this way match the conditions (27), within a certain tolerance.</p>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s3">
<title>3. Results</title>
<p>In this section we report the results of the <italic>Elastica</italic> model for strips containing folds. We examine both isostatic and hyperstatic boundary conditions. In all the numerical calculations, we set the origin of the Cartesian system to the origin of the rod, therefore <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0003D; <italic>y</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0.</p>
<sec>
<title>3.1. Isostatic Boundary Conditions: no Curvature</title>
<p>Let us examine the case where only <italic>y</italic>(1) is assigned</p>
<disp-formula id="E46"><label>(29)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore</p>
<disp-formula id="E47"><label>(30)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>unknown</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows that no curvature is generated under conditions (30), regardless of the position of the fold and rotational stiffness. This configuration corresponds to the undeformed state of the folded strip when is at rest. This undeformed state depends only on the position of the fold <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> and the rest opening angle <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Deformations for <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/5 and &#x003BA; &#x0003D; 2, and for <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/2 and &#x003BA; &#x0003D; &#x0221E;, both with rest opening angle <italic>&#x003C6;</italic> &#x0003D; &#x02212;60&#x000B0; with <italic>y</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 0 (isostatic confinement). Blue continuous line: <italic>Elastica</italic>, red dashed line: Euler- Bernoulli (Equations 34).</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0004.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Hyperstatic Boundary Conditions</title>
<p>In addition to condition (29), we consider cases where the boundary conditions are provided by a couple of rotations applied respectively at the start and the end of the strip:</p>
<disp-formula id="E48"><label>(31)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We also impose that the end lies in the same plane as the start of the strip, therefore <italic>y</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 0. Under boundary conditions (31),</p>
<disp-formula id="E49"><label>(32)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>unknown&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>unknown</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Firstly, we consider the case of a fold with infinite rotational stiffness. By changing the applied rotations, we investigate the changes in sign of the curvatures at both sides of the fold (<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>). Secondly, we repeat the same calculations for a finite rotational stiffness.</p>
<p>Thirdly, we isolate the effect of the rotational stiffness by varying &#x003BA; for different strips under the strips under the same couple of applied rotations and the same position of the fold. We consider anti-symmetrical applied rotations.</p>
<sec>
<title>3.2.1. Variable Applied Rotations and Rotational Stiffness</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> shows the deformations for a sheet under the same applied rotation, infinite rotational stiffness, same fold position and same rest angle.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Non-uniqueness of the deformation for a sheet with an infinitely stiff fold positioned at <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 0.5, with rest angle <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and applied rotations <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0005.tif"/>
</fig>
<p>There exist multiple solutions, depending on the initial moment <italic>M</italic><sub>0</sub> and shear force <italic>V</italic><sub>0</sub>. This non-uniqueness is a consequence of the non-linearity of the <italic>Elastica</italic>: in fact, the solutions (15) and (16) are periodic in space, with the period depending on <italic>M</italic><sub>0</sub>, <italic>H</italic><sub>0</sub> and <italic>V</italic><sub>0</sub> (Equation 13).</p>
<p>In the proceeding of the paper, we will always refer to the solution with the lowest strain energy. In fact, Equation (23) states that for the same &#x003B8;<sub>0</sub> and <italic>&#x003B8;</italic><sub>1</sub>, the strain energy grows with <italic>M</italic><sub>0</sub> and <italic>F</italic><sub>0</sub></p>
<disp-formula id="E50"><label>(33)</label><mml:math id="M59"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Having resolved this disambiguation, we now examine the changes in sign of the curvatures (<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>). <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6A</xref> shows the curvatures at both sides of the fold for varying applied rotations at both ends. We considered <italic>&#x003B8;</italic><sub>0</sub> and <italic>&#x003B8;</italic><sub>1</sub> ranging from &#x02212;|<italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub>| to |<italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub>|, with an increment of 1&#x000B0;. The fold has position <italic>S</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 1/2 and infinite rotational stiffness. With respect to the signs of the curvatures, there exist three regions: one where both curvatures are positive, one where both are negative and one where the curvatures have different signs.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Signs of the curvatures at the left <italic>M</italic><sub>0</sub> &#x0003D; &#x003BC;(0) and at the right &#x003BC;(1) of the fold. The rest angle is <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the position is <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/2. <bold>(A)</bold> Infinite rotational stiffness (&#x003BA; &#x0003D; &#x0221E;). <bold>(B)</bold> Finite rotational stiffness (&#x003BA; &#x0003D; 1/2).</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0006.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6B</xref> shows a map of the signs of the curvatures for the same strip with reduced rotational stiffness &#x003BA; &#x0003D; 1/2. We can still identify three domains, as in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6A</xref>, except that the domains with the same curvatures have decreased, while the sub-regions with opposite curvature have increased. Regardless of the rotational stiffness, the three regions meet at the same point, which corresponds to the isostatic boundary conditions.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7A,B</xref> show instead the dimensionless shear force at <italic>S</italic> &#x0003D; 0. Both graphs are identical, with the zero shear force line being straight with equation <italic>&#x003B8;</italic><sub>1</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>&#x003B8;</italic><sub>0</sub>.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Sign of the shear force <italic>V</italic><sub>0</sub> for a fold with rest angle <italic>&#x003C6;</italic> &#x0003D; &#x02212;60&#x000B0; and position <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/2. <bold>(A)</bold> Infinite rotational stiffness (&#x003BA; &#x0003D; &#x0221E;). <bold>(B)</bold> Finite rotational stiffness (&#x003BA; &#x0003D; 1/2).</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.2.2. Variable Rotational Stiffness for Symmetrical and Anti-symmetrical Applied Rotations</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> shows the deformations for a strip with a fold at <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/2, rest angle <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and variable rotational stiffness &#x003BA;. The boundary conditions are given by a fixed y-coordinate at the end <italic>y</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 0 and symmetrical applied rotations <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The curvature &#x003BC;(<italic>S</italic>) is uniform throughout the rod, and decreases with the decrease in &#x003BA;. As expected, the dihedral angle &#x003B2;<sub>0</sub> increases as &#x003BA; decreases. When &#x003BA; reaches a critical value &#x003BA;<sub><italic>c</italic></sub>, the discontinuity on the rotation disappears; below &#x003BA;<sub><italic>c</italic></sub>, the fold transitions from a mountain into a valley. In the limit of zero rotational stiffness, the fold becomes a perfect hinge: the deformation is equivalent to one of a flat rod, under isostatic boundary conditions, containing a fold with a rest opening angle equal to twice the applied rotation at the end.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Deformations for variable rotational stiffness for symmetrical applied rotations <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, with rest angle <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0008.tif"/>
</fig>
<p>Instead, when the applied rotations are equal (anti-symmetrical rotations), the limit configuration for zero rotational stiffness is the solution of the <italic>Elastica</italic> with no folds (<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>).</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>Deformations for variable rotational stiffness for anti-symmetrical applied rotations <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, with rest angle <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0009.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>4. Discussion</title>
<p>In this section, we derive a simplified analytical model to explain the numerical results obtained in section 3.</p>
<sec>
<title>4.1. Influence of the Isostatic Confinement</title>
<p>In this case, the solution of the system (5) is</p>
<disp-formula id="E51"><label>(34a)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E52"><label>(34b)</label><mml:math id="M68"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E53"><label>(34c)</label><mml:math id="M69"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext class="qopname">cos</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtext class="qopname">cos</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext class="qopname">cos</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E54"><label>(34d)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext class="qopname">sin</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtext class="qopname">sin</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext class="qopname">sin</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with &#x003B4; being the <italic>Dirac delta</italic> function, <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the <italic>Heaviside</italic> function and</p>
<disp-formula id="E55"><label>(35)</label><mml:math id="M72"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is the <italic>ramp</italic> function. The solutions in Equation (34) correspond to a piece-wise roof-like deformation, where each side of the fold is flat.</p>
<p>The angle &#x003B8;<sub>0</sub> is given by</p>
<disp-formula id="E56"><label>(36)</label><mml:math id="M73"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">atan2</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="qopname">sin</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext class="qopname">cos</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>meaning that the deformation depends only upon the position of the fold <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> and the rest angle <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub>, as anticipated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.2. Influence of the Applied Rotations</title>
<p>For simplicity, we will also assume <italic>x</italic><sub>1</sub> unassigned, making <italic>H</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0. In addition, we will assume, in first instance, that the fold is infinitely stiff, meaning &#x003BA; &#x02192; &#x0221E;. In this case, the <italic>Elastica</italic> coincides with the classic <italic>Euler-Bernoulli</italic> beam equation:</p>
<disp-formula id="E57"><label>(37)</label><mml:math id="M74"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the solutions for the beam are</p>
<disp-formula id="E58"><label>(38a)</label><mml:math id="M75"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E59"><label>(38b)</label><mml:math id="M76"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E60"><label>(38c)</label><mml:math id="M77"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E61"><label>(38d)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Assigning the following boundary conditions</p>
<disp-formula id="E62"><label>(39)</label><mml:math id="M79"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the two unknowns <italic>V</italic><sub>0</sub> and <italic>M</italic><sub>0</sub> are given by</p>
<disp-formula id="E63"><label>(40a)</label><mml:math id="M80"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E64"><label>(40b)</label><mml:math id="M81"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/2, the curvature will be uniform (<italic>V</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0) if</p>
<disp-formula id="E65"><label>(41)</label><mml:math id="M82"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>regardless of the rest angle of the fold. Such straight line in Equation (41) is observable in both <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7A,B</xref>.</p>
<p>Therefore, the curvature will be identically zero if both <italic>V</italic><sub>0</sub> &#x0003D; <italic>M</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0, which happens for</p>
<disp-formula id="E66"><label>(42)</label><mml:math id="M83"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The curvature in Equation (38a) is a linear function in <italic>S</italic>. Therefore, by inspecting the signs of the values at <italic>S</italic> &#x0003D; 0 and <italic>S</italic> &#x0003D; 1, it is possible to discern whether the beam has the same curvature (either positive or negative) or opposite curvatures:</p>
<disp-formula id="E67"><label>(43a)</label><mml:math id="M84"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;same&#x000A0;positive&#x000A0;curvature</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E68"><label>(43b)</label><mml:math id="M85"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;same&#x000A0;negative&#x000A0;curvature</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E69"><label>(43c)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;opposite&#x000A0;curvatures</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The values of &#x003BC;(0) and &#x003BC;(1) are</p>
<disp-formula id="E70"><label>(44a)</label><mml:math id="M87"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E71"><label>(44b)</label><mml:math id="M88"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> shows the presence of the three regions for the signs of the curvatures, as observed in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>; also, there is agreement between the <italic>Euler-Bernoulli</italic> theory and the <italic>Elastica</italic> model.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>Curvature signs due to hyperstatic confinement through applied rotations. The fold has infinite rotational stiffness. Comparison between the <italic>Elastica</italic> model (dots) and <italic>Euler-Bernoulli</italic> beam (continuous straight lines). Pink dots: positive curvatures; green dots: negative curvatures; blue dots: opposite curvatures.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0010.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.3. Influence of the Rotational Stiffness</title>
<p>Interestingly, the values in Equation (42) hold also for folds with finite rotational stiffness. In fact, when &#x003BA; is finite, the solutions are</p>
<disp-formula id="E72"><label>(45a)</label><mml:math id="M89"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E73"><label>(45b)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E74"><label>(45c)</label><mml:math id="M91"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E75"><label>(45d)</label><mml:math id="M92"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E76"><label>(46a)</label><mml:math id="M93"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E77"><label>(46b)</label><mml:math id="M94"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> given by Equation (40a) and <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> by Equation (40b). By substituting Equations (42) into (46), the values of <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> also become zero.</p>
<p>In addition, for <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/2, &#x003B8;<sub>0</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>&#x003B8;</italic><sub>1</sub>, also <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which means that for opposite applied rotations, the curvature will be uniform also for folds with finite rotational stiffness.</p>
<p>The <italic>Euler-Bernoulli</italic> theory for soft folds in Equation (46) confirms the shrinkage of the domains with same-sign curvatures, as showed in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p>Curvature signs due to hyperstatic confinement through applied rotations. The fold has finite low rotational stiffness &#x003BA; &#x0003D; 1/2. Comparison between the <italic>Elastica</italic> model (dots) and <italic>Euler-Bernoulli</italic> beam (continuous straight lines). Pink dots: positive curvatures; green dots: negative curvatures; blue dots: opposite curvatures.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0011.tif"/>
</fig>
<p>The denominator in Equation (46) is always positive</p>
<disp-formula id="E78"><label>(47)</label><mml:math id="M100"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>preventing the appearance of any singularities.</p>
<p>The discontinuity in rotation at the fold is given by</p>
<disp-formula id="E79"><label>(48)</label><mml:math id="M101"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0301A;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0301B;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and is showed in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref> for <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>Discontinuity on the rotation at the fold for variable rotational stiffness. Comparison between values from <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> and Equation (48).</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0012.tif"/>
</fig>
<p>The discontinuity becomes zero for</p>
<disp-formula id="E80"><label>(49)</label><mml:math id="M104"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For <italic>S</italic><sub><italic>f</italic></sub> &#x0003D; 1/2:</p>
<disp-formula id="E81"><label>(50)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>therefore, when the applied rotations are equal, then the critical rotational stiffness is zero, as in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref>, when the applied rotations are opposite, then</p>
<disp-formula id="E82"><label>(51)</label><mml:math id="M106"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>When &#x003B8;<sub>0</sub> is of the same sign of <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub>, then <italic>k</italic><sub><italic>c</italic></sub> &#x0003E; 0 as in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figures 8</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F13">13</xref> and there exist a physical critical value of the rotational stiffness. Otherwise, for &#x003B8;<sub>0</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>&#x003B8;</italic><sub>1</sub> and <italic>&#x003C6;</italic><sub>0</sub> of the opposite sign, then there is no critical value, and the solution is an undeformed roof-like deformation, as determined by Equation (42).</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>Figure 13</label>
<caption><p>Discontinuity on the rotation at the fold for variable rotational stiffness. Comparison between values from <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> and Equation (48).</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00041-g0013.tif"/>
</fig>
<p>It must be remarked, however, that even though a critical rotational stiffness for fold disappearance exists, the linear relationship in (24) might not hold for small rotational stiffness.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>5. Conclusions</title>
<p>A thin sheet containing a fold assumes a roof-like undeformed state when confined isostatically. Instead, if confined hyperstatically, it will possess one or more curvatures. Such curvatures change according to the rotations applied at the ends of the sheet. Using the Euler&#x00027;s <italic>Elastica</italic> theory, we calculated the values of the applied rotations corresponding to a switch in the curvatures&#x00027; signs.</p>
<p>We considered a fold as a discontinuity in the rotations, equal to the supplementary angle to its dihedral angle. The mechanical behavior of the fold depends upon two material properties: the rest opening angle and the rotational stiffness. The rest opening angle is a material property closely related to the yield stress; the rotational stiffness contributes to increasing the dihedral angle of the fold when subjected to a bending moment.</p>
<p>For infinite rotational stiffness, the dihedral angle depends only on the rest opening angle. For the signs of the curvatures before and after the fold, we can identify three regions: one where both curvatures are positive, one where they are both negative and one when they are opposite in sign. We presented a map of such occurrences according to the applied rotations; for small rotations and displacements, the numerical results agree with a simplified model based on the <italic>Euler-Bernoulli</italic> beam. Also, this map confirmed the presence of values of applied rotations for which the curvature is uniform throughout the sheet; in particular, there is one couple of applied rotations when such uniform curvature is zero. These rotations correspond to the isostatic confinement.</p>
<p>For folds with finite rotational stiffness, the two regions with same-sign curvatures shrink. Interestingly, there exists a critical value of the rotational stiffness when the fold disappears, meaning that the discontinuity on the rotation becomes zero. In particular, when the applied rotations are opposite in signs and the fold is a mountain, the critical value of the rotational stiffness is different from zero, and represents a transition from mountain to valley. In the limit of zero rotational stiffness, the sheet transforms into an undeformed valley with rest angle equal to twice the applied rotation at the end.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Data Availability</title>
<p>All datasets generated for this study are included in the manuscript and/or the supplementary files.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>EB designed the research, conducted the analysis, and wrote the manuscript.</p>
<sec>
<title>Conflict of Interest Statement</title>
<p>The author declares that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Audoly</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Pomeau</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <source>Elasticity and Geometry: From Hair Curls to the Non-linear Response of Shells</source>. <publisher-loc>Oxford</publisher-loc>: <publisher-name>Oxford University Press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barbieri</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Ventura</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Grignoli</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Bilotti</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A meshless method for the nonlinear von K&#x000E1;rm&#x000E1;n plate with multiple folds of complex shape - a bridge between cracks and folds</article-title>. <source>Comput. Mech.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>19</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00466-019-01671-w</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bayart</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Boudaoud</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Adda-Bedia</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Tuning the ordered states of folded rods by isotropic confinement</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>89</volume>:<fpage>012407</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.89.012407</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24580237</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Beharic</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Lucas</surname> <given-names>T. M.</given-names></name> <name><surname>Harnett</surname> <given-names>C. K.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Analysis of a compressed bistable buckled beam on a flexible support</article-title>. <source>J. Appl. Mech.</source> <volume>81</volume>:<fpage>081011</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.4027463</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bigoni</surname> <given-names>D.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <source>Nonlinear Solid Mechanics: Bifurcation Theory and Material Instability</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bowden</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Brittain</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Evans</surname> <given-names>A. G.</given-names></name> <name><surname>Hutchinson</surname> <given-names>J. W.</given-names></name> <name><surname>Whitesides</surname> <given-names>G. M.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Spontaneous formation of ordered structures in thin films of metals supported on an elastomeric polymer</article-title>. <source>Nature</source> <volume>393</volume>, <fpage>146</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/30193</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cazzolli</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Dal Corso</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Snapping of elastic strips with controlled ends</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct</source>. <volume>162</volume>, <fpage>285</fpage>&#x02013;<lpage>303</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2018.12.005</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Conti</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Maggi</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Confining thin elastic sheets and folding paper</article-title>. <source>Arch. Ration. Mech. Anal.</source> <volume>187</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00205-007-0076-2</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dado</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Al-Sadder</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Abuzeid</surname> <given-names>O.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Post-buckling behavior of two elastica columns linked with a rotational spring</article-title>. <source>Int. J. Nonlinear Mech.</source> <volume>39</volume>, <fpage>1579</fpage>&#x02013;<lpage>1587</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2004.01.003</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Deboeuf</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Katzav</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Boudaoud</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Bonn</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Adda-Bedia</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Comparative study of crumpling and folding of thin sheets</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>110</volume>:<fpage>104301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.110.104301</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23521261</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Frisch-Fay</surname> <given-names>R.</given-names></name></person-group> (<year>1962</year>). <source>Flexible Bars</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Butterworths</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gomez</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Moulton</surname> <given-names>D. E.</given-names></name> <name><surname>Vella</surname> <given-names>D.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Critical slowing down in purely elastic snap-through instabilities</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>13</volume>, <fpage>142</fpage>&#x02013;<lpage>145</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys3915</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Guvendiren</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Burdick</surname> <given-names>J. A.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Solvent induced transition from wrinkles to creases in thin film gels with depth-wise crosslinking gradients</article-title>. <source>Soft Matter</source> <volume>6</volume>:<fpage>5795</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/c0sm00317d</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Holmes</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Crosby</surname> <given-names>A. J.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Draping films: a wrinkle to fold transition</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>105</volume>:<fpage>038303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.105.038303</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20867814</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hong</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Suo</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Formation of creases on the surfaces of elastomers and gels</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>95</volume>:<fpage>111901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3211917</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Hong</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Suo</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Evolution of wrinkles in hard films on soft substrates</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>70</volume>:<fpage>030601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.70.030601</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15524496</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Hong</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Suo</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Nonlinear analyses of wrinkles in a film bonded to a compliant substrate</article-title>. <source>J. Mech. Phys. Solids</source> <volume>53</volume>, <fpage>2101</fpage>&#x02013;<lpage>2118</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2005.03.007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jin</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Takei</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Hutchinson</surname> <given-names>J. W.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Mechanics of wrinkle/ridge transitions in thin film/substrate systems</article-title>. <source>J. Mech. Phys. Solids</source> <volume>81</volume>, <fpage>22</fpage>&#x02013;<lpage>40</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2015.04.016</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jules</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Lechenault</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Adda-Bedia</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Local mechanical description of an elastic fold</article-title>. <source>Soft Matter</source>. <volume>15</volume>, <fpage>1619</fpage>&#x02013;<lpage>1626</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C8SM01791C</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30672558</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Landau</surname> <given-names>L. D.</given-names></name> <name><surname>Lifshitz</surname> <given-names>E. M.</given-names></name></person-group> (<year>1959</year>). <source>Course of Theoretical Physics Vol 7: Theory and Elasticity</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Pergamon Press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lechenault</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Thiria</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Adda-Bedia</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Mechanical response of a creased sheet</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>112</volume>:<fpage>244301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.244301</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24996090</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lobkovsky</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Gentges</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Morse</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Witten</surname> <given-names>T. A.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Scaling properties of stretching ridges in a crumpled elastic sheet</article-title>. <source>Science</source> <volume>270</volume>, <fpage>1482</fpage>&#x02013;<lpage>1485</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lobkovsky</surname> <given-names>A. E.</given-names></name></person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Boundary layer analysis of the ridge singularity in a thin plate</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>53</volume>:<fpage>3750</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.53.3750</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9964686</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lobkovsky</surname> <given-names>A. E.</given-names></name> <name><surname>Witten</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Properties of ridges in elastic membranes</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>55</volume>:<fpage>1577</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.55.1577</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Manning</surname> <given-names>R. S.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>A catalogue of stable equilibria of planar extensible or inextensible elastic rods for all possible dirichlet boundary conditions</article-title>. <source>J. Elasticity</source> <volume>115</volume>, <fpage>105</fpage>&#x02013;<lpage>130</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-013-9449-y</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Phungpaingam</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Chucheepsakul</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Postbuckling behavior of variable-arc-length elastica connected with a rotational spring joint including the effect of configurational force</article-title>. <source>Meccanica</source> <volume>53</volume>, <fpage>2619</fpage>&#x02013;<lpage>2636</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11012-018-0847-x</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pocivavsek</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Dellsy</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Kern</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Johnson</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Lin</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>K. Y.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2008</year>). <article-title>Stress and fold localization in thin elastic membranes</article-title>. <source>Science</source> <volume>320</volume>, <fpage>912</fpage>&#x02013;<lpage>916</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1154069</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18487188</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Press</surname> <given-names>W. H.</given-names></name> <name><surname>Teukolsky</surname> <given-names>S. A.</given-names></name> <name><surname>Vetterling</surname> <given-names>W. T.</given-names></name> <name><surname>Flannery</surname> <given-names>B. P.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <source>Numerical Recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge university press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sano</surname> <given-names>T. G.</given-names></name> <name><surname>Wada</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Snap-buckling in asymmetrically constrained elastic strips</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>97</volume>:<fpage>013002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.97.013002</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29448364</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tanaka</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Sun</surname> <given-names>S.-T.</given-names></name> <name><surname>Hirokawa</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Katayama</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Kucera</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Hirose</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>1987</year>). <article-title>Mechanical instability of gels at the phase transition</article-title>. <source>Nature</source> <volume>325</volume>:<fpage>796</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/325796a0</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vliegenthart</surname> <given-names>G. A.</given-names></name> <name><surname>Gompper</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Forced crumpling of self-avoiding elastic sheets</article-title>. <source>Nat. Mater.</source> <volume>5</volume>:<fpage>216</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nmat1581</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16462740</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>X.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>A three-dimensional phase diagram of growth-induced surface instabilities</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>5</volume>:<fpage>8887</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep08887</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25748825</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yu</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Hanna</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Bifurcations of buckled, clamped anisotropic rods and thin bands under lateral end translations</article-title>. <source>J. Mech. Phys. Solids</source> <volume>122</volume>, <fpage>657</fpage>&#x02013;<lpage>685</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2018.01.015</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn fn-type="financial-disclosure"><p><bold>Funding.</bold> EB&#x00027;s work was supported by the Japan Society for the Promotion of Science JSPS KAKENHI Grant Number JP18K18065.</p>
</fn>
</fn-group>
</back>
</article>