Method Article

نمذجة تشوه الزعانف الناعمة باستخدام التصوير الفلوري المستوي الناجم عن الليزر

DOI:

10.3791/63784

⸱

April 28th, 2022

 ,  ,  ,  , 
1KS Research Inc, 2Laboratories for Computational Physics and Fluid Dynamics, US Naval Research Laboratory, 3Center for Biomolecular Science and Engineering, US Naval Research Laboratory

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتضمن هذا البروتوكول قياس وتوصيف تشوه شكل 3D في زعانف رفرفة تحت الماء مبنية بمواد polydimethylsiloxane (PDMS). يعد إعادة البناء الدقيق لهذه التشوهات أمرا ضروريا لفهم الأداء الدفعي للزعانف الرفرفة المتوافقة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم بحث آليات الدفع المستوحاة من زعانف أنواع الأسماك المختلفة بشكل متزايد ، نظرا لإمكاناتها لتحسين قدرات المناورة والتخفي في أنظمة المركبات غير المأهولة. أثبتت المواد اللينة المستخدمة في أغشية آليات الزعانف هذه فعاليتها في زيادة الدفع والكفاءة مقارنة بالهياكل الأكثر صلابة ، ولكن من الضروري قياس ونمذجة التشوهات في هذه الأغشية الناعمة بدقة. تقدم هذه الدراسة سير عمل لتوصيف تشوه الشكل المعتمد على الوقت لزعانف الرفرفة المرنة تحت الماء باستخدام التألق المستوي الناجم عن الليزر (PLIF). يتم تصنيع أغشية زعنفة polydimethylsiloxane المصطبغة ذات الصلابة المتفاوتة (0.38 ميجا باسكال و 0.82 ميجا باسكال) وتركيبها على مجموعة للتشغيل في درجتين من الحرية: الملعب واللفة. يتم الحصول على صور PLIF عبر مجموعة من الطائرات الممتدة ، ومعالجتها للحصول على ملفات تعريف تشوه الزعانف ، ودمجها لإعادة بناء أشكال الزعانف المشوهة 3D المتغيرة زمنيا. ثم يتم استخدام البيانات لتوفير التحقق من صحة عالية الدقة لمحاكاة تفاعل بنية السوائل وتحسين فهم أداء أنظمة الدفع المعقدة هذه.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في الطبيعة ، تطورت العديد من أنواع الأسماك لاستخدام مجموعة متنوعة من حركات الجسم والزعانف لتحقيق الحركة. وقد ساعدت الأبحاث الرامية إلى تحديد مبادئ حركة الأسماك في دفع عجلة تصميم أنظمة الدفع المستوحاة بيولوجيا، حيث عمل علماء الأحياء والمهندسون معا لتطوير آليات دفع وتحكم قادرة من الجيل التالي للمركبات تحت الماء. درست مجموعات بحثية مختلفة تكوينات الزعانف والأشكال والمواد ومعلمات السكتة الدماغية وتقنيات التحكم في انحناء السطح 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تصنيع الزعانف

  1. بناء قالب زعنفة على أساس تصميم الشكل المطلوب.
    1. تصميم وبناء قالب مخصص مطبوع بتقنية 3D لمعان من شكل زعنفة (الشكل 1). انظر ملفات المحكمة الخاصة بلبنان لتصنيع القالب في ملفات الترميز التكميلية 1-4.
    2. أدخل عناصر هيكلية في القالب ، مثل سبار الحافة الصلبة البلاستيكي الصلب المطبوع 3D. انظر ملف المحكمة الخاصة بلبنان الخاص بالسبار في ملف الترميز التكميلي 2.
  2. امزج PDMS (انظر جدول المواد) في نسبة الجزء المطلوبة.
    1. حدد نسبة جزء المطاط الصناعي الأساسي إلى عامل المعالجة (أي 10: 1 أو 20: 1) لتحقيق معامل مرونة أعلى أو ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم صب زعنفة صدرية اصطناعية مستوحاة من الأسماك شبه المنحرفة في مادتين مختلفتين (PDMS 10: 1 و 20: 1 ، وكلاهما ممزوج بصبغة الفلورسنت) من قالب ، لكل منهما سبار رائد صلب تم إدخاله في وتر الربع الرئيسي (الشكل 2 والشكل 3). أسفر اختبار الشد لمادتي الزعنفة (الشكل 3) عن معامل مرونة تبلغ 0.38 ميجا باسكال و 0.82 ميجا باسكال لزعانف PDMS 20: 1 و PDMS 10: 1 ، على التوالي ، مع R 2 من 0.99 لكلا القياسين (انظر الشكل التكميلي 2 لمنحني.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عادة ما يستخدم التألق المستوي الناجم عن الليزر لتصور التدفقات المائية عن طريق بذر السائل بالصبغة ، والتي تتألق عند تعرضها لورقة ليزر25,26. ومع ذلك ، لم يتم الإبلاغ عن استخدام PLIF لتصور التشوهات في المواد المتوافقة من قبل ، وتصف هذه الدراسة نهجا للحصول على قياسات التاريخ الزمني لتشوه الشكل عالي الدقة في زعانف صلبة مرنة باستخدام PLIF. إن مقارنة قياسات الزعانف هذه مع محاكاة FSI تتحقق من صحة النماذج العددية وتوفر مزيدا من الثقة في استخدام النتائج الحسابية لتصميم الز.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا البحث من قبل مكتب البحوث البحرية من خلال برنامج قاعدة 6.2 لمختبر البحوث البحرية الأمريكية (NRL) وتم إجراؤه بينما كان كوشيك سامباث موظفا في قسم الصوتيات في NRL وحصلت نيكول شو على جائزة NRC Research Associateship في مختبرات الفيزياء الحاسوبية وديناميات الموائع في NRL. يود المؤلفون أن ينوه بالدكتور روبن هورتينسيوس (TSI Inc.) على الدعم الفني والتوجيه.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
وحدة تحكم ADMETADMETMTESTuattro
Axon IIجمعية الروبوتاتمتحكم لأجهزة الزعانف
مولد تأخير Berkeley NucleonicsCorpنموذج 525BNC مولد تأخير وبرنامج
BobCat Cam ConfigImperxإعدادات الكاميرا
CCD CameraImperxB23404 ميجابكسل
COMSOLCOMSOL Incبرنامج ديناميكيات هيكلية تجارية لنمذجة تفاعل هيكل السوائل
D646WP ServoHitec36646S32 بت ، رقمي ، عزم دوران عال ، مضاعفات مقاومة للماء لدوران درجة الزعنفة
D840WP ServoHitec36840S32 بت ، متعددة الأغراض ، مقاومة للماء ، مؤازرة تروس فولاذية لدوران
شوط الزعنفةصبغة الفلورسنت الكهربائية الورديةSilc PigPMS812C
EverGreen (532 نانومتر نظام ليزر Nd: YAG مزدوج النبض)QuantelEVG00070ومصدر طاقة ، محول قوة 70 مللي جول
ADMETSM-10-961خلية تحميل 10 رطل
FrameLink ExpressImperxبرنامج التقاط الكاميرا
التألق LongpassEdmund Optics560 نانومتر
MATLABMathWorksبرنامج لتحليل الصور
خلاط الطرد المركزي الكوكبيTHINKY MIXERAR-100
مركبات مطاط السيليكونMomentiveRTV615Clear PDMS
Stratasys J750Stratasys3D ،
polyjet آلة اختبار عالميةADMETeXpert 2611نموذج سطح الطاولة
VeroBlackStratasysمادة طابعة ثلاثية الأبعاد لبناء قوالب مواد
طابعة VeroGrayStratasys3D لبناء القوالب
برنامج رأس ليزر مرشح

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Barrett, D. S., Triantafyllou, M. S., Yue, D. K. P., Grosenbaugh, M. A., Wolfgang, M. J. Drag reduction in fish-like locomotion. Journal of Fluid Mechanics. 392, 183-212 (1999).
  2. Hobson, B. W., Murray, M. M., Pell, C. Pi....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Flapping Fin ModelingSoft Robotic FinsPlanar Laser Induced FluorescenceFin Deformation ImagingFluid Structure InteractionFlexible Fin MembranesPDMS Fin MembranesFin Kinematics3D Shape ReconstructionUnderwater Propulsion

Related Articles