Республика Саха (Якутия), п. Нижний Бестях
МБОУ "Нижне-Бестяхская СОШ №2" с УИОП, 8 класс
МБОУ "Нижне-Бестяхская СОШ №2" с УИОП, 8 класс
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЯКУТСКОГО НОЖА
23
СЕРГЕЕВ Вадим
Научные руководители: Сергеев Николай Николаевич, Республика Саха (Якутия), п. Нижний-Бестях, МБОУ "Нижне-Бестяхская СОШ №2" с УИОП, учитель информатики, Федоров Валерий Игоревич, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, СФВУ ИТИ, инженер
Ит
23
СЕРГЕЕВ Вадим
Ит
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЯКУТСКОГО НОЖА
Исследование напряженного состояния и режущей способности якутского ножа актуально из-за растущего интереса к истории и культуре народов Севера и возрождения интереса к традиционным ножевым инструментам. Якутские ножи считаются одними из самых качественных и долговечных в мире, и их режущая способность все еще вызывает интерес у ножевых мастеров и любителей.
Кроме того, исследование режущей способности якутского ножа может пригодиться для совершенствования производства и разработки новых технологий для изготовления ножей. Это может быть полезно для улучшения качества жизни людей, которые используют ножи в своей повседневной жизни, например, для охоты или рыбалки.
Кроме того, исследование режущей способности якутского ножа может пригодиться для совершенствования производства и разработки новых технологий для изготовления ножей. Это может быть полезно для улучшения качества жизни людей, которые используют ножи в своей повседневной жизни, например, для охоты или рыбалки.
Целью данной работы является комплексный анализ якутского ножа с использованием методологии законов механики для выявления закономерностей его режущей способности
- Оценка состояния вопроса. Обзор литературы по якутским ножам. Подбор и разработка методики исследования
- Выборка якутских ножей. Исследование линейных размеров и пропорций различных типов якутских ножей
- Оценка режущей способности стандартного якутского ножа материалов различной природы
- Исследование вариативности напряженного состояния якутского ножа при статическом нагружении на платформах мультифизического (математического) моделирования
Актуальность якутского ножа определена двумя инструментами наукометрической оценки, а именно, по публикационной активности в базе электронной библиотеки Elibrary и по частоте запросов в поисковой системе Яндекс.
По данным Elibrary наибольшее количество статей опубликованы 2015 и 2017 г., далее публиковались по одной статье в год. При этом, статьи публиковались только на тематику истории и культурологии. По естественным и техническим наукам публикации отсутствуют, соответственно выполненное нами исследование является одной из первых.
Как показывает отчет по частоте запросов «якутский нож» в поисковике Яндекс, наибольшее количество запросов было выполнено в центральном федеральном округе и составил 6 551 запросов в месяц. А дальневосточный федеральный округ, где входит Якутия, находится лишь на четвертом месте и составил 2594 запроса. Это означает популярность якутского ножа среди россиян и является одним из предпосылок необходимости проведения этой работы.
По данным Elibrary наибольшее количество статей опубликованы 2015 и 2017 г., далее публиковались по одной статье в год. При этом, статьи публиковались только на тематику истории и культурологии. По естественным и техническим наукам публикации отсутствуют, соответственно выполненное нами исследование является одной из первых.
Как показывает отчет по частоте запросов «якутский нож» в поисковике Яндекс, наибольшее количество запросов было выполнено в центральном федеральном округе и составил 6 551 запросов в месяц. А дальневосточный федеральный округ, где входит Якутия, находится лишь на четвертом месте и составил 2594 запроса. Это означает популярность якутского ножа среди россиян и является одним из предпосылок необходимости проведения этой работы.
В качестве предварительного обобщенного исследования, нами изучены линейные показатели традиционных якутских ножей. Объем выборки составляет 20 образцов
Образцы пронумерованы, провели измерение трех основных величин, это длина и ширина клинка, а также ширина обуха. Результаты измерений внесены в таблицу.
Далее, на основании полученных данных, нами выбраны два наиболее характерно отличающихся и часто встречающихся типов якутского ножа, фотографии которых показаны на слайде. А отличаются они по длине клинка, ширине и глубине дола. Выбранные две модели якутского ножа подвергнуты наиболее детальному исследованию. В целях обеспечения объективности полученных в работе результатов, в контрольным образцом выбран шведский универсальный нож с симметричным сечением Morakniv.
Заточка ножей производилось на профессиональном заточном станке «ПРОФИЛЬ К03» от Техностудии, использовались абразивы, эльборовые бруски от Полтавского алмазного завода 80/63, 63/50, 50/40, 28/20, 10/7, 7/5 мкрн. Все ножи сведены в нуль, очень острые. Проверку остроты делали по бумаге А4, по всей длине клинков, ни каких сколов и заминок.
Заточка ножей производилось на профессиональном заточном станке «ПРОФИЛЬ К03» от Техностудии, использовались абразивы, эльборовые бруски от Полтавского алмазного завода 80/63, 63/50, 50/40, 28/20, 10/7, 7/5 мкрн. Все ножи сведены в нуль, очень острые. Проверку остроты делали по бумаге А4, по всей длине клинков, ни каких сколов и заминок.
Далее проводим количественную оценку усилия статического резания ножей материалов различной природы, а именно: плетеного шнура, помидора и сыра.
Статическое резание основано на том, что режущий инструмент, перемещаясь только перпендикулярно лезвию, проникает в толщу материала. При этом режущая кромка в направлении собственного движения уплотняет слой продукта. По достижении определенного предела уплотнения, зависящего от структуры разрезаемого тела, происходит разрушение и образование поверхности среза.
Фиксация нагрузки при резании выполнена на электронных весах в килограммах, которые в последующем переведены в ньютоны.
Статическое резание основано на том, что режущий инструмент, перемещаясь только перпендикулярно лезвию, проникает в толщу материала. При этом режущая кромка в направлении собственного движения уплотняет слой продукта. По достижении определенного предела уплотнения, зависящего от структуры разрезаемого тела, происходит разрушение и образование поверхности среза.
Фиксация нагрузки при резании выполнена на электронных весах в килограммах, которые в последующем переведены в ньютоны.
В системе Elcut сконструировали упрощенные геометрические модели исследуемых ножей, двух якутских и один контрольный. В качестве срезаемого материала выбран деревянный кубик. Напряжение по оси икс деревянного куба при статическом нагружении различными видами ножей показан на слайде. Как видно из графика, куб испытывает максимальное напряжение от воздействия якутских ножей, минимальное – от контрольного ножа. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что результаты физического и теоретического экспериментов показали идентичный результат. Это означает что полученные данные верные, а выводы - корректные.
Немаловажным фактом объясняющий эффективность якутских ножей является возникновение эффекта рычага и крутящего момента. Визуализация эффекта рычага показан на рисунке. Это связано смещенным центром тяжести якутских ножей, другими словами, центр тяжести сечения расположен отдаленно от оси опоры.
Смещенный центр тяжести сечения ножа позволяет изменить траекторию вектора направления силы резки, что даёт эффект крутящего момента и создаёт некоторый рычаг, который режет продукты или материалы при существенно низкой прикладываемой нагрузке.
Немаловажным фактом объясняющий эффективность якутских ножей является возникновение эффекта рычага и крутящего момента. Визуализация эффекта рычага показан на рисунке. Это связано смещенным центром тяжести якутских ножей, другими словами, центр тяжести сечения расположен отдаленно от оси опоры.
Смещенный центр тяжести сечения ножа позволяет изменить траекторию вектора направления силы резки, что даёт эффект крутящего момента и создаёт некоторый рычаг, который режет продукты или материалы при существенно низкой прикладываемой нагрузке.
Следующим подтверждением гипотезы о появлении крутящего момента и эффекта рычага при резке материалов и продуктов питания якутским ножом является результат моделирования на программе ANSYS. Также как и в предыдущих расчетах при приложении нагрузки посередине обуха ножа, направление вектора напряжений смещается, образуя сильное расклинивание срезаемого объекта. При этом, средние и касательные напряжения плавно огибают дол и концентрируются по периметру лезвия.
Для доказательства предположения о смещенном центре тяжести сечения якутского ножа относительно точки опоры, нами рассчитаны координаты центров тяжести. Сечения исследуемых ножей были разбиты на несколько фрагментов типовых геометрических фигур: прямоугольники, прямоугольные и равнобедренные треугольники. Результаты расчета также представлены на таблице. Как и следовало, центр тяжести якутских ножей находятся на некотором расстояния от точки опоры, когда как у контрольного ножа центр тяжести расположен по оси симметрии.
1. По результатам литературного обзора составлена обобщенная классификация разновидностей якутских ножей.
2. Впервые выполнен расчет координат центров тяжести сечения якутского ножа. Смещение центра тяжести сечения ножа позволяет изменить траекторию вектора направления силы резки, что даёт эффект крутящего момента и создаёт некоторый рычаг, который режет продукты или материалы при существенно низкой прикладываемой нагрузке. Для объяснения описанных явлений получены два уравнения с использованием трех классических уравнений статики.
3. Следующим подтверждением гипотезы о появлении крутящего момента и эффекта рычага при резке материалов и продуктов питания якутским ножом является результат моделирования на программах ELСUT и ANSYS. Также как и в предыдущих расчетах при приложении нагрузки посередине обуха ножа, направление вектора напряжений смещается, образуя сильное расклинивание срезаемого объекта. При этом, средние и касательные напряжения плавно огибают дол и концентрируются по периметру лезвия.
4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что якутские ножи в сравнении с традиционным кухонным имеют значительно большую силу резки при одинаковой нагрузке.
В заключении хотим отметить, что столь необычная геометрия национального якутского ножа несёт в себе две основные задачи: универсальность и многогранность. Якутский нож испокон веков был необходимым инструментом для труда. Даже не изменился его внешний вид, что говорит о том, что наши предки сделали свои ножи универсальным инструментом, который в народе называют третьей рукой якутянина.
2. Впервые выполнен расчет координат центров тяжести сечения якутского ножа. Смещение центра тяжести сечения ножа позволяет изменить траекторию вектора направления силы резки, что даёт эффект крутящего момента и создаёт некоторый рычаг, который режет продукты или материалы при существенно низкой прикладываемой нагрузке. Для объяснения описанных явлений получены два уравнения с использованием трех классических уравнений статики.
3. Следующим подтверждением гипотезы о появлении крутящего момента и эффекта рычага при резке материалов и продуктов питания якутским ножом является результат моделирования на программах ELСUT и ANSYS. Также как и в предыдущих расчетах при приложении нагрузки посередине обуха ножа, направление вектора напряжений смещается, образуя сильное расклинивание срезаемого объекта. При этом, средние и касательные напряжения плавно огибают дол и концентрируются по периметру лезвия.
4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что якутские ножи в сравнении с традиционным кухонным имеют значительно большую силу резки при одинаковой нагрузке.
В заключении хотим отметить, что столь необычная геометрия национального якутского ножа несёт в себе две основные задачи: универсальность и многогранность. Якутский нож испокон веков был необходимым инструментом для труда. Даже не изменился его внешний вид, что говорит о том, что наши предки сделали свои ножи универсальным инструментом, который в народе называют третьей рукой якутянина.
В дальнейшем планируем расширить диапазон разновидностей исследуемых якутских ножей с различной конфигурацией, а именно: разными размерами длины клинка, дола, рукояти и других параметров. Также проявляем интерес к увеличению натурных испытаний по оценке режущей способности ножом материалов различной природы. И планируем систематизировать теоретические и экспериментальные данные своих исследований в форме базы данных и загрузки их в свободный доступ для предоставления всем заинтересованным лицам, интересующимся или изготавливающим якутские ножи.
Расписание работы выставки
27 марта, пн
Диалог с экспертами и посетителями
Объявление результатов выставки
12:30 - 14:00
28 марта, вт
14:00 - 18:00
29 марта, ср
14:00 - 17:00
31 марта, пт
15:00 - 17:00
Посетите выставку
и пообщайтесь с автором проекта
и пообщайтесь с автором проекта
Выставка открыта для посетителей 28 марта, вторник, с 14:00 до 18:00, 29 марта, среда, с 14:00 до 17:00 в учебно-лабораторном корпусе МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для определения точного времени посещения и организации прохода на выставку зарегистрируйтесь.
Для определения точного времени посещения и организации прохода на выставку зарегистрируйтесь.