"Blade Runner", "Con Air", "Heavy Rain" - van nûnerên çanda populer çi hevpar in? Hemî, heya dereceyek an din, hunera kevnar a Japonî ya pêçandina kaxezê - origami-yê vedihewînin. Di fîlim, lîstik û di jiyana rast de, origami bi gelemperî wekî sembola hin hestan, hin bîranînan an peyamek bêhempa tê bikar anîn. Ev bêtir hêmanek hestyarî ya origami ye, lê ji hêla zanistî ve, gelek aliyên balkêş ên ji cûrbecûr deveran di hejmarên kaxezê de veşartî ne: geometrî, matematîk û tewra mekanîka. Îro em ê bi lêkolînek ku tê de zanyarên Enstîtuya Fîzîkê ya Amerîkî amûrek hilanîna daneyan bi pêçandin/vekirina fîgurên orîgamî çêkirine, nas bikin. Karta bîranîna kaxezê bi rastî çawa dixebite, çi prensîb tê de têne bicîh kirin, û amûrek wusa dikare çend daneyan hilîne? Em ê bersiva van pirsan di rapora zanyaran de bibînin. Ajotin.
Bingeha lêkolînê
Zehmet e ku meriv bêje kengê bi rastî origami çêbûye. Lê em teqez dizanin ku ne zûtir ji 105 PZ. Di vê salê de bû ku Cai Lun kaxez li Chinaînê îcad kir. Bê guman, berî vê gavê, kaxez jixwe hebû, lê ew ne ji dar, lê ji bamboo an ji hevrîşimê dihat çêkirin. Vebijarka yekem ne hêsan bû, û ya duyemîn jî pir biha bû. Cai Lun hat peywirdarkirin ku ji bo kaxezek nû ya ku dê sivik, erzan û çêkirina hêsan be peyda bike. Kar ne hêsan e, lê Cai Lun zivirî çavkaniya herî populer a îlhamê - xwezayê. Demek dirêj wî mêşhingiv dît, ku xaniyên wan ji dar û talên nebatan hatine çêkirin. Tsai Lun gelek ceribandin kirin ku tê de wî cûrbecûr materyalên ji bo kaxizên pêşerojê (barê daran, ax û hetta torên masîgiriyê) ku bi avê tevlihevkirî bikar anîn. Girseya encam di formek taybetî de hate danîn û li ber tavê hişk kirin. Encama vê xebata kolos bû tiştek ku ji bo mirovê nûjen prozaîk e - kaxez.
Di sala 2001 de, parkek bi navê Cai Lun li bajarê Leiyang (Çîn) hate vekirin.
Belavbûna kaxez li welatên din tavilê pêk nehat; tenê di destpêka sedsala 7-an de rîspêra wê gihîşt Kore û Japonya û kaxez tenê di sedsalên 11-12-an de gihîşt Ewropayê.
Bikaranîna herî eşkere ya kaxezê, helbet destnivîs û çapkirin e. Lêbelê, Japonî jê re karanîna xweşiktir dît - origami, i.e. fîgurên kaxezê yên pêçandî.
Rêwîtiyek kurt li cîhana origami û endezyariyê.
Vebijarkên origami cûrbecûr hene, û her weha teknîkên çêkirina wan hene: origami sade, kusudama (modular), pêçkirina şil, origami nimûne, kirigami, hwd. ()
Ji hêla zanistî ve, origami metamaterialek mekanîkî ye ku taybetmendiyên wê ji hêla geometriya wê ve têne destnîşankirin, ne bi taybetmendiyên materyalê ku jê hatî çêkirin. Ji bo demek dirêj ve hatî destnîşan kirin ku strukturên 3D-ê yên berbiçav ên bi taybetmendiyên bêhempa dikarin bi karanîna qalibên orîgamî yên dubare werin afirandin.
Wêne #1
Di wêneyê de 1b Mînakek avahiyek wusa nîşan dide - bilbilek birêkûpêk, ku ji yek pelê kaxezê li gorî şemaya li ser hatî çêkirin. 1a. Ji vebijarkên orîgamî yên berdest, zanyar guhertoyek nas kirin ku tê de mozaîka panelên sêgoşeyî yên yekbûyî yên ku bi simetrîya dorhêlî hatine rêz kirin, ku wekî origami Kroesling tê zanîn, tête bicîh kirin.
Girîng e ku bala xwe bidinê ku strukturên origami-bingeha du celeb têne: hişk û ne-hişk.
Origami hişk avahiyek sê-dîmenî ye ku tê de tenê pelikên di navbera panelan de di dema vebûnê de deformasyonê dibin.
Nimûneyek berbiçav a origami ya hişk Miura-ori ye, ku ji bo afirandina metamaterialên mekanîkî yên bi rêjeya Poisson ya neyînî tê bikar anîn. Materyalên weha xwedan cûrbecûr serlêdanan e: lêgerîna fezayê, elektronîkên deformable, masûlkeyên çêkirî û, bê guman, metamaterialên mekanîkî yên ji nû ve bernamekirî.
Origami ne-hişk strukturên sê-alî ne ku di dema venekirinê de deformasyonên elastîk ên ne-hişk ên panelan di navbera qatan de nîşan didin.
Nimûneyek ji guhertoyek wusa orîgamî şêwaza Kroesling ya ku berê hatî behs kirin e, ku bi serfirazî ji bo afirandina strukturên bi pir-îstîqrar, serhişkî, deformasyon, nermbûn / hişkbûn, û/an hişkbûna nêzê sifirê hatî bikar anîn.
Encamên lêkolînê
Ji hunera kevnar îlhama xwe girtin, zanyaran biryar dan ku orîgamaya Kroesling bikar bînin da ku komek guhêrbarên binar yên mekanîkî pêşve bibin ku dikarin neçar bibin ku di navbera du dewletên statîk ên cihêreng de bi karanîna yek têketinek kontrolkirî di forma heyecanek ahengek ku li ser bingeha guhêrbar tê bikar anîn veguhezînin. .
Weke ku ji tê dîtin 1b, bilbil li yek dawiya xwe tê sabîtkirin û li dawiya din a azad di riya x de di bin barek derveyî de ye. Ji ber vê yekê, ew li ser û li dora x-xebata hevdemî dikevin guheztin û zivirandinê. Enerjiya ku di dema deformasyona bilbilan de tê berhevkirin dema ku barê derve tê rakirin tê berdan û dibe sedem ku bilbil vegere şiklê xwe yê bingehîn.
Bi hêsanî, em li biharek torsîyonê dinêrin ku hêza vejandina wê bi şeklê fonksiyona enerjiya potansiyela bilbilê ve girêdayî ye. Ev di encamê de bi pîvanên geometrîkî (a0, b0, γ0) ya sêgoşeya pêkhatî ya ku ji bo çêkirina bilbilan tê bikar anîn, û hem jî bi hejmara giştî (n) ya van sêgoşeyan ve girêdayî ye (1a).
Ji bo tevheviyek diyar a pîvanên sêwirana geometrîkî, fonksiyona enerjiya potansiyela belûyê xwedan kêmtirînek yekane ye ku bi yek xala hevsengiya domdar re têkildar e. Ji bo berhevokên din, fonksiyona enerjiyê ya potansiyel xwedan du hindiktirîn e ku bi du mîhengên bilbilên statîk ên statîk re têkildar in, ku her yek bi bilindahiyek hevsengiyek cûda ve girêdayî ye an jî, wekî din, guheztina biharê1s). Ji vî rengî biharê re bi gelemperî bistable tê gotin (vîdyoya jêrîn).
Di wêneyê de 1d Parametreyên geometrîk ên ku dibin sedema çêbûna kaniyek bistable û pîvanên ku ji bo n=12-yê kaniyek yekdestdar çêdibin nîşan dide.
Biharek bistable dikare li yek ji pozîsyona hevsengiya xwe di nebûna barkêşên derveyî de raweste û dikare were aktîfkirin da ku di navbera wan de gava ku mîqdara guncaw a enerjiyê peyda bibe were çalak kirin. Ev taybetmendî ye ku bingeha vê lêkolînê ye, ku çêkirina guhezên mekanîkî yên Kroesling (KIMS ji Guhestên mekanîkî yên bi îlhama Kresling) bi du rewşên binary.
Bi taybetî, wekî ku di 1c, guhêrbar dikare ji bo derbasbûna di navbera her du dewletên xwe de bi peydakirina enerjiya têra xwe ji bo derbaskirina astengiya potansiyel (∆E) were çalak kirin. Enerjî dikare di forma aktîvkirina hema-statîk a hêdî de an jî bi sepandina sînyalek ahengek li ser bingeha veguheztinê bi frekansa heyecanê ya nêzî frekansa resonant a herêmî ya veguheztinê di rewşên hevsengiya wê yên cihêreng de were peyda kirin. Di vê lêkolînê de, biryar hate girtin ku vebijarka duyemîn were bikar anîn, ji ber ku operasyona resonant a ahengek ji hin aliyan ve ji operasyona quasi-statîk çêtir e.
Yekem, çalakkirina resonant ji bo veguheztina hêzek kêmtir hewce dike û bi gelemperî zûtir e. Ya duyemîn, guheztina resonant li hember tevliheviyên derveyî yên ku di dewletên wê yên herêmî de bi guheztinê re nagihêjin hestiyar e. Ya sêyem, ji ber ku fonksiyona potansiyela guheztinê bi gelemperî li gorî xala hevsengiya bêîstîqrar U0 asîmetrîk e, taybetmendiyên dilşewatiya ahengî ya ku ji bo veguhertina ji S0 ber bi S1 ve tê xwestin bi gelemperî ji yên ku ji bo veguheztina ji S1 berbi S0 hewce ne cûda ne, di encamê de îhtîmala guheztina binary heyecan-hilbijartî.
Vê veavakirina KIMS-ê ji bo afirandina panelek bîranîna mekanîkî ya pir-bit ku bi karanîna gelek guhêrbarên binar bi taybetmendiyên cihêreng ên ku li ser platformek ajokera yekane ahengek têne danîn, îdeal e. Afirandina amûrek wusa ji ber hestiyariya şeklê fonksiyona enerjiya potansiyel a veguheztinê ji guheztina pîvanên geometrîkî yên panelên sereke ye (1s).
Ji ber vê yekê, pirjimar KIMS bi taybetmendiyên sêwiranê yên cihêreng dikarin li ser heman platformê werin danîn û ji bo veguheztina ji dewletek berbi dewletek din, bi serê xwe an bi hev re bi karanîna komên cûda yên parametreyên heyecanê werin heyecan kirin.
Di qonaxa ceribandina pratîkî de, ji kaxezê bi density 180 g / m2 bi pîvanên geometrîkî veguhezek hate afirandin: γ0 = 26.5 °; b0/a0 = 1.68; a0 = 40 mm û n = 12. Ev pîvan in, li gorî hesabên dadbar (1d), û dibe sedem ku bihara encam bibe bistable. Hesab bi karanîna modelek hêsankirî ya tîrêjê axial (avahiya rodê) ya bilbilan hate kirin.
Bi karanîna lazerê, li ser kaxezek xetên perforandî hatin çêkirin (1a), ku cihên pêçandî ne. Dûv re li kêlekên b0 (bi ber bi der ve hatî xêzkirin) û γ0 (bi hundur ve hatî qewirandin) qat hatin çêkirin, û keviyên perçên dûr bi hev ve hatin girêdan. Rûyên jorîn û binî yên guhêrbar bi polîgonên acrylic hatine xurt kirin.
Kevirê hêza vegerandina veguheztinê bi ceribandinên çewisandinê û tansiyonê ku li ser makîneyek ceribandina gerdûnî bi sazûmanek taybetî ve hatî çêkirin bi ceribandinê hate wergirtin ku dihêle ku bingeh di dema ceribandinan de were zivirandin (1f).
Dawiyên polîgona guheztina akrilîk bi hişkî hatine rast kirin, û veguheztinek kontrolkirî bi leza armancê 0.1 mm / s li polîgona jorîn hate sepandin. Veguheztinên tîrêjê û pêçandî bi dorhêlî hatine sepandin û bi 13 mm ve hatine sînordar kirin. Hema berî ceribandina rastîn a cîhazê, veguheztin bi pêkanîna deh çerxên barkirinê yên weha ve tê sererast kirin berî ku hêza vegerandinê bi karanîna hucreyek barkirinê ya 50N were tomar kirin. Li 1g kembera hêza vegerandina guhêrbar ku bi ceribandinê hatî wergirtin nîşan dide.
Dûv re, bi yekkirina hêza vegerandina navînî ya veguheztinê li ser qada xebitandinê, fonksiyona enerjiya potansiyel (1h). Kêmtirîn di fonksiyona enerjiya potansiyelê de hevsengiyên statîk ên ku bi du dewletên guhêrbar (S0 û S1) ve girêdayî ne, temsîl dikin. Ji bo vê veavakirina taybetî, S0 û S1 bi rêzdarî li bilindahiyên bicîhkirinê u = 48 mm û 58.5 mm pêk tên. Fonksiyona enerjiya potansiyel bi zelalî asîmetrîk e bi astengên enerjiyê yên cuda ∆E0 li xala S0 û ∆E1 li xala S1.
Veguheztin li ser şikilek elektrodînamîkî hatin danîn, ku heyecana kontrolkirî ya bingehê di rêça axial de peyda dike. Di bersiva heyecanê de, rûbera jorîn a guhêrbar di rêgezek vertîkal de diherike. Helwesta rûxara jorîn a guhastinê li gorî bingehê bi karanîna vibrometerek lazer hate pîvandin (2a).
Wêne #2
Hat dîtin ku frekansa resonant a herêmî ya veguheztinê ji bo her du dewletên wê 11.8 Hz ji bo S0 û 9.7 Hz ji bo S1 e. Destpêkirina derbasbûnek di navbera du dewletan de, ango derketina ji potansiyel baş *, li dora frekansên naskirî bi leza bingehîn 0.05 ms-13 şûştina frekansa xêzikî ya dualî ya pir hêdî (2 Hz/s) hate kirin. Bi taybetî, KIMS di destpêkê de li S0 hate bicîh kirin û zêdebûna frekansê li 6 Hz hate destpêkirin.
başiya potansiyel * - herêma ku kêmtirînek herêmî ya enerjiya potansiyela pirtikê lê heye.
Weke ku li ser tê dîtin 2bDema ku frekansa ajotinê digihîje nêzîkê 7.8 Hz, guhêrbar ji kaniya potansiyela S0 derdikeve û dikeve bîra potansiyela S1. Gava ku frekansa zêde zêde bû, veguheztin di S1 de berdewam kir.
Dûv re guheztin dîsa li S0 hate danîn, lê vê carê dakêşandin li 16 Hz hate destpêkirin. Di vê rewşê de, dema ku frekansa nêzîkî 8.8 Hz dibe, guhêrbar ji S0 derdikeve û dikeve û di bîra potansiyela S1 de dimîne.
Dewleta S0 xwedan bandek çalakkirinê ya 1 Hz [7.8, 8.8] bi leza 13 ms-2, û S1 - 6...7.7 Hz (2s). Li dû vê yekê ye ku KIMS dikare bi hilbijartî di navbera du dewletan de bi heyecana ahengî ya bingehek bi heman mezinahî lê bi frekansa cihêreng veguhezîne.
Berfirehiya guheztinê ya KIMS-ê bi şeklê fonksiyona enerjiya potansiyela wê, taybetmendiyên şilkirinê, û parametreyên heyecana harmonik (frekans û mezinahî) ve girêdayî ye. Digel vê yekê, ji ber nermbûna tevgerê nehêle ya guhêrbar, pêlava bandê ya aktîfkirinê ne hewce ye ku frekansa resonantê ya xêzkirî pêk bîne. Ji ber vê yekê, girîng e ku nexşeya aktîvkirina guheztinê ji bo her KIMS-ê ferdî were afirandin. Ev nexşe ji bo taybetmendîkirina frekans û mezinahiya heyecanê ya ku di guheztina ji rewşek bo dewletek din û berevajî de encam dide tê bikar anîn.
Nexşeyek weha dikare bi ceribandinê bi şûştina frekansê di astên cihêreng ên heyecanê de were afirandin, lê ev pêvajo pir kedkar e. Ji ber vê yekê, zanyaran di vê qonaxê de biryar da ku bi karanîna fonksiyona enerjiya potansiyel a ku di dema ceribandinan de hatî destnîşan kirin bi modela veguheztinê re bimeşin.1h).
Model texmîn dike ku tevgera dînamîkî ya guhêrbar dikare ji hêla dînamîkên oscilatorek asîmetrîk a bistable Helmholtz-Duffing ve baş were nêzîk kirin, hevkêşeya tevgerê ya ku dikare wiha were diyar kirin:
ko u - guheztina rûyê guhêzbar a polîgona akrilîk li gorî ya sabît; m - girseya bandor a veguherînê; c - hevsengiya şilbûna vîskoz bi ceribandinê tê destnîşankirin; ais-bistable restoring coefficients force; ab û Ω mezinahiya bingehîn û frekansa lezbûnê ne.
Erka sereke ya simulasyonê ev e ku meriv vê formulê bikar bîne da ku berhevokên ab û Ω saz bike ku destûrê dide guheztina di navbera du dewletên cûda de.
Zanyar destnîşan dikin ku frekansên heyecanê yên krîtîk ên ku tê de oscilatorek bistable ji rewşek din derbas dibe, dikare bi du frekansan ve were texmîn kirin. dubendî *: Bifurkasyona ducarî ya serdemê (PD) û bifurkasyona qatkirina çerkî (CF).
Bifurcation* - Guhertina kalîteyê ya pergalê bi guheztina pîvanên ku pê ve girêdayî ye.
Bi karanîna nêzîkbûnê, kelûpelên bersiva frekansê ya KIMS di du dewletên wê de hatin çêkirin. Li ser nexşeyê 2s ji bo du astên lezkirina bingehê yên cihêreng kelûpelên bersiva frekansê ya veguheztinê li S0 nîşan dide.
Di lezbûnek bingehîn a 5 ms-2 de, kêşeya amplitude-frequency nermbûnek sivik nîşan dide, lê bêîstîqrar an dubendî tune. Bi vî rengî, guhêrbar di rewşa S0 de dimîne bêyî ku frekansa çawa diguhezîne.
Lêbelê, dema ku leza bingehîn heya 13 ms-2 zêde dibe, îstîqrar ji ber dubendbûna PD kêm dibe ji ber ku frekansa ajotinê kêm dibe.
Bi karanîna heman pileyê, kelûpelên bersiva frekansê ya guhêrbar di S1 de hatin bidestxistin (2f). Di lezek 5 ms-2 de, şêwaza çavdêrî wekî xwe dimîne. Lêbelê, her ku leza bingehîn bi 10ms zêde dibe-2 Dubendiyên PD û CF xuya dibin. Guhestina heyecan a li her frekansa di navbera van her du bifurkasyonê de dibe sedema veguheztina ji S1 berbi S0.
Daneyên simulasyonê destnîşan dike ku di nexşeya çalakkirinê de deverên mezin hene ku tê de her dewletek bi rengek yekta dikare were aktîf kirin. Ev dihêle hûn bi bijartî di navbera du dewletan de li gorî frekansa û mezinahiya tetikê veguhezînin. Di heman demê de tê dîtin ku herêmek heye ku her du dewlet dikarin hevdem biguherînin.
Wêne #3
Têkiliyek ji çend KIMS-ê dikare were bikar anîn da ku bîranînek mekanîkî ya çend bit biafirîne. Bi guheztina geometriya guhêrbarê da ku şeklê fonksiyona enerjiya potansiyel a her du guhêrkan bi têra xwe cûda be, gengaz e ku meriv firehiya çalakkirina guhêrkan were sêwirandin da ku ew li hev nebin. Ji ber vê yekê, her guhêrbar dê xwedan pîvanên heyecanê yên bêhempa be.
Ji bo nîşankirina vê teknîkê, panelek 2-bit li ser bingeha du guhêrbarên bi taybetmendiyên potansiyel ên cihêreng hate afirandin (3a): bit 1 - γ0 = 28°; b0/a0 = 1.5; a0 = 40 mm û n = 12; bit 2 - γ0 = 27°; b0/a0 = 1.7; a0 = 40 mm û n = 12.
Ji ber ku her bit du rewş hene, bi tevahî çar dewletên cûda S00, S01, S10 û S11 dikarin werin bidestxistin (3b). Hejmarên piştî S-yê nirxa çepê (bit 1) û rastê (bit 2) nîşan dide.
Tevgera guhezek 2-bit di vîdyoya jêrîn de tê xuyang kirin:
Li ser bingeha vê cîhazê, hûn dikarin komek guhêrkan jî biafirînin, ku dikare bibe bingeha panelên bîranîna mekanîkî yên pir-bit.
Ji bo têgihîştina hûrgulî ya hûrgelên lêkolînê, ez pêşniyar dikim ku li ser çavan bigerim и ji wî re.
Încîlê
Ne mimkûn e ku yek ji afirînerên orîgamî xeyal bike ka dê afirandina wan di cîhana nûjen de çawa were bikar anîn. Ji aliyek ve, ev hejmareke mezin ji hêmanên tevlihev ên ku di jimareyên kaxezê yên asayî de veşartî ne destnîşan dike; ji aliyê din ve, ku zanista nûjen dikare van hêmanan bikar bîne da ku tiştek bi tevahî nû biafirîne.
Di vê xebatê de, zanyar karîbûn geometriya origami ya Kroesling bikar bînin da ku guhezek mekanîkî ya hêsan biafirînin ku dikare di du rewşên cûda de be, li gorî pîvanên têketinê. Ev dikare bi 0 û 1 re, ku yekîneyên klasîk ên agahdariyê ne, were berhev kirin.
Amûrên encam di nav pergalek bîranîna mekanîkî de hatin berhev kirin ku karibe 2 bit hilîne. Dizanin ku yek herf 8 bit (1 byte) digire, pirs derdikeve holê: Ji bo nivîsandina "Şer û Aşitî", mînakî, çend origamiyên mîna wê hewce ne.
Zanyar baş dizanin ku gumanbariya ku pêşveçûna wan dibe sedema. Lê li gor wan ev lêkolîn di warê bîra mekanîk de keşif e. Wekî din, orîgamî ya ku di ceribandinan de tê bikar anîn divê ne mezin be; pîvanên wan dikarin bi girîngî kêm bibin bêyî ku taybetmendiyên wan tawîz bidin.
Weha be, ji vî karî re nayê gotin asayî, banal û bêzar. Zanist her gav ji bo pêşvebirina tiştek taybetî nayê bikar anîn, û zanyar her gav di destpêkê de nizanin ka ew bi rastî çi diafirînin. Jixwe, piraniya îcad û vedîtin encama pirsek hêsan bûn - heke?
Spas ji bo xwendinê, meraq bimînin û hefteyek xweş hebe heval! 🙂
Reklamek piçûk
Spas ji bo ku hûn bi me re bimînin. Ma hûn ji gotarên me hez dikin? Ma hûn dixwazin naveroka balkêştir bibînin? Piştgiriya me bikin bi danîna fermanek an pêşniyarkirina hevalan, , analogek bêhempa ya pêşkêşkerên asta têketinê, ku ji hêla me ve ji bo we hatî vedîtin: (bi RAID1 û RAID10, heta 24 core û heya 40 GB DDR4 peyda dibe).
Dell R730xd 2x erzantir li navenda daneya Equinix Tier IV li Amsterdam? Tenê li vir li Hollanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ji $99! Li ser bixwînin
Source: www.habr.com