اندازه گیری تغییرات نیرو در یک شبکه فیبر تولید شده هنگام جابجایی با نیروی خارجی: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

سلولها قادر به تعامل با ماتریس خارج سلولی (ECM) اطراف خود هستند و هم می توانند اعمال شوند و هم به نیروهای اعمال شده توسط ECM پاسخ دهند. برای پروژه خود ، ما شبکه ای از فیبرهای به هم پیوسته را شبیه سازی می کنیم که به عنوان ECM عمل می کند و می بینیم که چگونه شبکه در واکنش به حرکت یکی از نقاط تغییر می کند. ECM به عنوان یک سیستم بهم پیوسته از چشمه ها مدل سازی شده است که در ابتدا با نیروی خالص صفر در حالت تعادل هستند. با اعمال نیرو به شبکه در پاسخ به حرکت نقطه ، ما سعی می کنیم نقاط متصل شده را در برابر نیرو به گونه ای واکنش نشان دهیم که آنها سعی کنند به حالت تعادل برگردند. نیرو با معادله F = k*x تحت نظارت است که در آن k ثابت فنر و x تغییر طول فیبر است. این شبیه سازی می تواند به درک کلی از انتشار نیرو در شبکه های فیبری کمک کند که در نهایت می تواند برای شبیه سازی انتقال مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد.

مرحله 1: یک ماتریس NxN از مربع های یکنواخت ایجاد کنید

برای شروع کد ، N را انتخاب می کنیم که ابعاد شبکه ما (NxN) را تعیین می کند. مقدار N را می توان به صورت دستی تغییر داد تا ابعاد شبکه در صورت نیاز تغییر کند. در این مثال ، N = 8 بنابراین ما یک شبکه 8x8 از نقاط داریم. پس از تولید ماتریس ، تمام نقاط ماتریس را که طول آنها 1 واحد است ، با استفاده از فرمول فاصله ، فاصله = sqrt ((x2-x1)^2+(y2-y1)^2) وصل می کنیم. با انجام این کار ، ما شبکه ای از مربع ها را دریافت می کنیم که همه آنها به طور مساوی 1 واحد فاصله دارند. این را می توان در شکل 101 مشاهده کرد.

مرحله 2: تصادفی سازی شبکه

در این مرحله ، ما می خواهیم تمام نقاط نقطه را به جز نقاط بیرونی که مرز ما را تشکیل می دهند تصادفی کنیم. برای انجام این کار ، ابتدا همه مختصات ماتریسی برابر با 0 یا N را پیدا می کنیم. این نقاط همانهایی هستند که مرز را تشکیل می دهند. برای نقاط غیر مرزی ، مکان با افزودن مقدار تصادفی متفاوت از -5 تا.5 به هر دو موقعیت x و y تصادفی می شود. تصویر تصادفی ترسیم شده را می توان در شکل 1 مشاهده کرد.

مرحله 3: دریافت فاصله های جدید

هنگامی که شبکه تصادفی ما ساخته می شود ، دوباره فاصله بین نقاط متصل را با استفاده از فرمول فاصله پیدا می کنیم.

مرحله 4: یک نقطه را انتخاب کرده و فاصله آن نقطه را با دیگران مقایسه کنید

در این مرحله ، ما می توانیم با استفاده از مکان نما یک نقطه مورد علاقه را انتخاب کنیم ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. لازم نیست مکان نما خود را دقیقاً روی نقطه منتقل کنید زیرا کد آن را به نزدیکترین نقطه اتصال تنظیم می کند. برای انجام این کار ، ابتدا فاصله بین تمام نقاط متصل و نقطه ای را که تازه انتخاب کرده ایم محاسبه می کنیم. پس از محاسبه همه فواصل ، ما نقطه را با کوچکترین فاصله از نقطه انتخاب شده انتخاب می کنیم تا به نقطه انتخاب شده واقعی تبدیل شود.

مرحله 5: حرکت به نقطه جدید

در این مرحله با استفاده از نقطه ای که در مرحله قبل انتخاب شده بود ، نقطه را به مکان جدیدی منتقل می کنیم. این حرکت با انتخاب یک موقعیت جدید با مکان نما انجام می شود که جایگزین موقعیت قبلی می شود. این حرکت برای شبیه سازی نیروی وارد شده به دلیل تغییر طول فنر مورد استفاده قرار می گیرد. در شکل آبی تمام ، مکان جدیدی در حال انتخاب است. در شکل بعدی ، حرکت را می توان با اتصالات نارنجی که مکانهای جدید هستند در مقابل اتصالات آبی که مکانهای قدیمی بودند تجسم کرد.

مرحله 6: نیرو = K*فاصله

در این مرحله ما از نیروی معادله = k*فاصله استفاده می کنیم ، جایی که k برای الیاف کلاژن ثابت 10 است. از آنجا که شبکه فیبر در حالت تعادلی خود شروع می شود ، نیروی خالص 0 است. ما یک بردار صفر به طول ماتریسی که قبلاً برای نشان دادن این تعادل ایجاد کردیم ایجاد می کنیم.

مرحله 7: تغییر حرکت شبکه با توجه به نقطه منتقل شده

در این مرحله ، ما حرکت شبکه را در پاسخ به حرکت نقطه شبیه سازی می کنیم تا به حالت تعادل خود بازگردیم. ما با پیدا کردن فاصله های جدید بین دو نقطه شروع می کنیم. با این کار می توان تغییر طول فیبر را با مشاهده تفاوت بین فاصله های قدیم و جدید پیدا کرد. همچنین با مقایسه مکان های جدید و قدیمی نقاط می توانیم ببینیم کدام نقاط حرکت کرده اند و همچنین نقاطی که به آنها متصل شده اند. این به ما اجازه می دهد ببینیم کدام نقاط باید در پاسخ به نیروی وارد شده حرکت کنند. جهت حرکت را می توان به اجزای x و y تقسیم کرد و یک بردار جهت دو بعدی به دست آورد. با استفاده از مقدار k ، تغییر در فاصله و بردار جهت ، می توان بردار نیرو را محاسبه کرد که می تواند برای حرکت نقاط ما به سمت تعادل استفاده شود. ما این بخش از کد را 100 بار اجرا می کنیم ، هر بار با افزایش نیرو*.1 حرکت می کنیم. اجرای 100 بار کد به ما اجازه می دهد تا در نهایت دوباره به تعادل برسیم و با حفظ شرایط مرزی به جای یک تغییر کلی ، شاهد تغییر در شبکه هستیم. حرکت شبکه را می توان در شکل 3 مشاهده کرد که رنگ زرد موقعیت های منتقل شده و آبی موقعیت های قبلی است.

مرحله 8: کد تمام شده

در این قسمت یک کپی از کد ما ضمیمه شده است. با مدلسازی شبکه های مختلف می توانید آن را متناسب با نیازهای خود تغییر دهید!