قياس تغييرات القوة لشبكة الألياف المولدة عند إزاحتها بقوة خارجية: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

الخلايا قادرة على التفاعل مع المصفوفة خارج الخلية المحيطة بها (ECM) ويمكن أن تطبق وكذلك تستجيب للقوى التي تمارسها وحدة التحكم في المحرك. بالنسبة لمشروعنا ، نقوم بمحاكاة شبكة مترابطة من الألياف التي من شأنها أن تكون بمثابة وحدة التحكم في المحرك ونرى كيف تتغير الشبكة استجابة لحركة إحدى النقاط. تم تصميم ECM كنظام مترابط من الينابيع التي تكون في البداية في حالة توازن مع صافي قوة صفر. عندما يتم تطبيق القوة على الشبكة استجابة لحركة النقطة ، نحاول جعل النقاط المتصلة تتفاعل مع القوة بطريقة تحاول العودة إلى التوازن. تتم مراقبة القوة بواسطة المعادلة F = k * x حيث k هو ثابت الربيع و x هو التغير في طول الألياف. يمكن أن تساعد هذه المحاكاة في إعطاء فهم عام لانتشار القوة في الشبكات الليفية والتي يمكن استخدامها في النهاية للمساعدة في محاكاة النقل الميكانيكي.

الخطوة 1: إنشاء مصفوفة NxN من المربعات الموحدة

لبدء تشغيل الكود ، نختار N الذي سيحدد أبعاد شبكتنا (NxN). يمكن تغيير قيمة N يدويًا لتغيير أبعاد الشبكة حسب الحاجة. في هذا المثال ، N = 8 لذلك لدينا شبكة 8x8 من النقاط. بعد إنشاء المصفوفة ، نقوم بتوصيل جميع النقاط في المصفوفة التي يبلغ طولها وحدة واحدة باستخدام صيغة المسافة ، والمسافة = sqrt ((x2-x1) ^ 2 + (y2-y1) ^ 2). من خلال القيام بذلك ، نحصل على شبكات من المربعات متباعدة بشكل متساوٍ بمقدار وحدة واحدة. يمكن ملاحظة ذلك في الشكل 101.

الخطوة 2: توزيع الشبكة بشكل عشوائي

في هذه الخطوة ، نريد ترتيب جميع مواقع النقاط بشكل عشوائي باستثناء النقاط الخارجية التي ستشكل حدودنا. للقيام بذلك ، نجد أولًا جميع إحداثيات المصفوفة التي تساوي 0 أو N. هذه النقاط هي التي تشكل الحدود. بالنسبة للنقاط غير الحدودية ، يتم اختيار الموقع عشوائيًا عن طريق إضافة قيمة عشوائية مختلفة من -.5 إلى.5 إلى كل من الموضعين x و y. يمكن رؤية الصورة العشوائية المرسومة في الشكل 1.

الخطوة 3: احصل على مسافات جديدة

بمجرد إنشاء شبكتنا العشوائية ، نجد المسافة بين النقاط المتصلة باستخدام صيغة المسافة مرة أخرى.

الخطوة 4: حدد نقطة وقارن المسافة من تلك النقطة إلى الآخرين

في هذه الخطوة ، يمكننا تحديد نقطة مهمة باستخدام المؤشر ، كما هو موضح في الشكل 2. لست بحاجة إلى تحريك المؤشر بالضبط على النقطة لأن الكود سيعدلها على أقرب نقطة اتصال. للقيام بذلك ، نحسب أولاً المسافة بين جميع النقاط المتصلة والنقطة التي اخترناها للتو. بعد حساب جميع المسافات ، نختار النقطة ذات أصغر مسافة من النقطة المحددة لتصبح النقطة المحددة الفعلية.

الخطوة 5: الانتقال إلى نقطة جديدة

في هذه الخطوة ، باستخدام النقطة التي تم تحديدها في الخطوة السابقة ، نقوم بنقل النقطة إلى موقع جديد. تتم هذه الحركة عن طريق اختيار موضع جديد بالمؤشر الذي سيحل محل الموضع السابق. سيتم استخدام هذه الحركة لمحاكاة القوة المبذولة بسبب التغيير في طول الربيع. في الشكل الأزرق بالكامل ، يتم تحديد موقع جديد. في الشكل التالي ، يمكن تصور الحركة من خلال الوصلات البرتقالية التي تمثل المواقع الجديدة على عكس الوصلات الزرقاء التي كانت تمثل المواقع القديمة.

الخطوة 6: القوة = K * المسافة

في هذه الخطوة نطبق قوة المعادلة = k * المسافة ، حيث k هي ثابت 10 لألياف الكولاجين. نظرًا لأن شبكة الألياف تبدأ في حالة توازنها ، فإن صافي القوة هو 0. نقوم بإنشاء متجه صفري بطول المصفوفة التي أنشأناها سابقًا لتمثيل هذا التوازن.

الخطوة 7: تغيير حركة الشبكة بسبب النقطة المنقولة

في هذه الخطوة ، نقوم بمحاكاة حركة الشبكة استجابة لحركة النقطة من أجل العودة إلى حالة توازنها. نبدأ بإيجاد المسافات الجديدة بين نقطتين. باستخدام هذا يمكننا إيجاد التغيير في طول الألياف من خلال النظر في الفرق بين المسافات القديمة والجديدة. يمكننا أيضًا معرفة النقاط التي تم نقلها وأيضًا النقاط التي ترتبط بها من خلال مقارنة مواقع النقاط الجديدة والقديمة. هذا يسمح لنا بمعرفة النقاط التي يجب أن تتحرك استجابة للقوة المبذولة. يمكن تقسيم اتجاه الحركة إلى مكونيها x و y ، مما يعطي متجهًا ثنائي الأبعاد. باستخدام قيمة k ، والتغير في المسافة ، ومتجه الاتجاه ، يمكننا حساب متجه القوة الذي يمكن استخدامه لتحريك نقاطنا نحو التوازن. نقوم بتشغيل هذا القسم من الكود 100 مرة ، في كل مرة نتحرك بزيادات القوة *.1. يسمح لنا تشغيل الكود 100 مرة بالوصول في النهاية إلى التوازن مرة أخرى ومن خلال الحفاظ على شروط الحدود ، نرى تغييرًا في الشبكة بدلاً من مجرد تحول كامل. يمكن رؤية حركة الشبكة في الشكل 3 حيث يمثل اللون الأصفر المواضع المنقولة والأزرق يمثل المواضع السابقة.

الخطوة 8: كود الانتهاء

مرفق في هذا القسم نسخة من الكود الخاص بنا. لا تتردد في تعديله ليناسب احتياجاتك من خلال تصميم شبكات مختلفة!