Genereeritud kiudvõrgu jõudude muutuste mõõtmine välise jõuga ümberlülitamisel: 8 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Rakud suudavad suhelda ümbritseva rakuvälise maatriksiga (ECM) ja saavad nii rakendada kui ka reageerida ECM -i avaldatavatele jõududele. Meie projekti jaoks simuleerime omavahel seotud kiudude võrku, mis toimiks ECM -na ja näeksime, kuidas võrk muutub ühe punkti liikumise tõttu. ECM on modelleeritud omavahel ühendatud vedrude süsteemina, mis on algselt tasakaalus ja nullvõimsusega. Kuna võrgule rakendatakse jõudu vastavalt punkti liikumisele, püüame ühendatud punktid jõule reageerida nii, et need püüavad tasakaalu taastada. Jõudu jälgib võrrand F = k*x kus k on vedrukonstant ja x on kiudude pikkuse muutus. See simulatsioon võib anda üldise arusaama jõu levimisest kiudvõrkudes, mida saab lõpuks kasutada mehaanilise transduktsiooni simuleerimiseks.

Samm: looge ühtsete ruutude NxN maatriks

Koodi alustamiseks valime N, mis määrab meie võrgu mõõtmed (NxN). N väärtust saab käsitsi muuta, et muuta võrgu mõõtmeid vastavalt vajadusele. Selles näites N = 8, seega on meil 8x8 punktivõrk. Pärast maatriksi loomist ühendame kõik maatriksi punktid, mille pikkus on 1 ühik, kasutades kaugusvalemit, kaugus = sqrt ((x2-x1)^2+(y2-y1)^2). Seda tehes saame ruutude võrgustikud, mis on kõik võrdselt 1 ühiku kaugusel. Seda on näha jooniselt 101.

2. samm: võrgu juhuslikustamine

Selles etapis tahame randomiseerida kõik punktide asukohad, välja arvatud välispiirid, mis moodustavad meie piiri. Selleks leiame kõigepealt kõik maatriksi koordinaadid, mis on võrdsed 0 või N. Need punktid moodustavad piiri. Mittepiiriliste punktide puhul randomiseeritakse asukoht, lisades nii x- kui ka y -positsioonile erineva juhusliku väärtuse vahemikus -5 kuni.5. Joonistatud juhuslikku pilti saab näha joonisel 1.

3. samm: hankige uued vahemaad

Kui meie randomiseeritud võrk on loodud, leiame ühendatud punktide vahelise kauguse uuesti, kasutades kaugusvalemit.

Samm: valige punkt ja võrrelge selle punkti kaugust teistega

Selles etapis saame kursori abil valida huvipunkti, nagu on näidatud joonisel 2. Te ei pea kursorit täpselt punkti liigutama, kuna kood kohandab selle lähima ühenduspunkti järgi. Selleks arvutame kõigepealt kauguse kõigi ühendatud punktide ja äsja valitud punkti vahel. Pärast kõigi vahemaade arvutamist valime valitud punktist väikseima kaugusega punkti, et saada tegelikuks valitud punktiks.

Samm: liikuge uude punkti

Selles etapis teisaldame punkti eelmises etapis valitud punkti kasutades uude kohta. See liikumine toimub valides kursoriga uue asukoha, mis asendab eelmise positsiooni. Seda liikumist kasutatakse vedru pikkuse muutumise tõttu avaldatava jõu simuleerimiseks. Täiesti sinisel joonisel valitakse uus asukoht. Järgmisel joonisel saab liikumist visualiseerida oranžide ühendustega, mis on uued asukohad, mitte siniste ühendustega, mis olid vanad asukohad.

6. samm: jõud = K*kaugus

Selles etapis rakendame võrrandit jõud = k*kaugus, kus k on kollageenikiudude jaoks konstant 10. Kuna kiudude võrk algab oma tasakaalu olekust, on puhas jõud 0. Loome selle tasakaalu esitamiseks varem loodud maatriksi pikkuse nullvektori.

Samm: võrgu liikumise muutmine teisaldatud punkti tõttu

Selles etapis simuleerime võrgu liikumist vastuseks punkti liikumisele, et naasta selle tasakaalu olekusse. Alustuseks leiame kahe punkti vahel uued vahemaad. Selle abil saame leida kiu pikkuse muutuse, vaadates vana ja uue vahemaa erinevust. Samuti näeme, millised punktid on liikunud, ja ka punkte, millega need on ühendatud, võrreldes uute ja vanade punktide asukohti. See võimaldab meil näha, millised punktid peaksid avaldatud jõule reageerima. Liikumise suuna saab jagada selle x ja y komponentideks, andes 2D suuna vektori. Kasutades k väärtust, kauguse muutust ja suuna vektorit, saame arvutada jõuvektori, mida saab kasutada punktide nihutamiseks tasakaalu poole. Käivitame selle koodi jaotise 100 korda, iga kord liigutades jõu*.1 sammu. Koodi 100 korda käivitamine võimaldab meil lõpuks uuesti tasakaalu saavutada ja piiritingimusi hoides näeme võrgus muutust, mitte lihtsalt tervet vahetust. Võrgu liikumist on näha joonisel 3, kollane on teisaldatud ja sinine eelmised.

8. samm: valmis kood

Selles jaotises on lisatud meie koodi koopia. Muutke seda vabalt oma vajadustele vastavaks, modelleerides erinevaid võrke!