ДЕМОНСТРАЦИОННАЯ ФЕРМА

Полезная модель относится к наглядным учебным пособиям и может быть использована для демонстрации на лекциях и практических занятиях по теоретической механике, сопротивлению материалов, строительной механике и других близких к указанным дисциплинам.
Аналогами представленной полезной модели являются плоские фермы, главным образом, применяемые в строительстве: перекрытие зданий, пролетные строения мостов, опоры линий электропередач, а также в качестве несущих конструкций машин и механизмов.
Все они представляют собой конструкцию, состоящую из шарниров и стержней, имеющих целью заменить изгиб, кручение и т.д. растяжением и сжатием (Алабужев П.М., Кирнарский М.Ш., Новиков С.Г., Соколов B.C., Шкодкина Н.Н., Юшин В.В. Методика моделирования и расчета статестически определимых ферм. - КГТУ / Деп. В ВИНИТИ №2316 - В 96-39 с. от 11.07.96 (УДК 531.2) (с.9, 34-36); Будник Ф.Г. и др. Сборник задач по теоретической механике. Учебн. пособие для ст-в втузов / Под ред. А.С. Кельзона. - М.: Высш. шк., 1987. - 176 с.; Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. - М.: Высш. шк., 1986, с.109).
Все фермы названного типа имеют общий недостаток - ограниченные демонстрационные возможности.
Наиболее близким аналогом к полезной модели является плоская ферма (геометрически неизменяемая конструкция) - шарнирно-стержневая система, состоящая из идеальных стержней, работающих на растяжение (сжатие), целью которой является замена сложных деформаций (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике / Под ред. Яблонского А.А. - М.: Высш. шк., 1978. - с.6).
Недостатком данной плоской фермы являются ограниченные демонстрационные возможности. Она позволяет продемонстрировать визуально
только конструкцию фермы, ее составляющие: шарниры, стержни. При этом наглядно нельзя показать основные свойства понятия фермы, такие как геометрическая неизменяемость и ее статическая определимость, а также подтвердить теоретические положения, касающиеся самого определения фермы.
Задачей полезной модели является расширение демонстрационных возможностей фермы, а также практическое подтверждение теоретических положений, за счет таких принципиальных вопросов шарнирно-стержневых ферм, как геометрическая неизменяемость и статическая определимость (Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики М.: Высш.шк., 2003. - с.61 формула (38)): k=2n-3, где k - число стержней, n - число шарниров (узлов). (1)
Поставленная задача решается тем, что в известной плоской ферме, состоящей из шарнирно соединенных между собой стержней, один или несколько стержней выполнены с возможностью разъединения (удаления) без распада ее на отдельные части.
Выполнение фермы с одним или несколькими стержнями, которые могут быть удалены (разъединены) из фермы без распада, позволяет наглядно показать геометрическую неизменяемость фермы и ее статическую определимость (условие статической определимости), а также подтвердить теоретические положения, касающиеся самого понятия фермы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена предлагаемая демонстрационная ферма, общий вид; на фиг.2 (а, б) - ферма со снятыми (разъединенными) стержнями; на фиг.3 (а, б, в) - варианты соединения разъемно-съемочных стержней.
Демонстрационная ферма состоит из шарнирно соединенных между собой в плоскую ферму стержней 1-7, концы которой связаны посредством шарниров 8,9 со стойкой 10. Некоторые стержни фермы выполнены разъемными (съемными) (3,5) или могут удаляться из фермы без распада ее на независимые отдельные части при неизменном количестве шарниров.
вариант соединения стержня с помощью зацепа; на фиг.3(б) - с помощью прямого шипового соединения; на фиг.3(в) - с помощью соединения в виде «ласточкина хвоста».
Для упрощения конструкции и большей наглядности демонстрационной фермы нами была выбрана конструкция с минимальным количеством стержней и шарниров, отвечающая всем условиям плоских ферм.
Демонстрационная ферма работает следующим образом.
Условие: выбираем те стержни (3,5), которые не делят данную ферму на отдельные части, разрушая тем самым основу конструкции.
В демонстрационной ферме удаляют (разъединяют) стержень 5, в результате этого ферма теряет свою устойчивость, изменяет свою геометрическую форму, не распадаясь при этом на отдельные части. Происходит смещение относительно друг друга шарнирно-соединенных между собой стержней 1,2-4,6,7. Следовательно, нарушается условие геометрической неизменяемости и статической определимости фермы (Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.: Высш.шк., 2003. - с.61 формула (38)). В данных условиях оно не действует. В результате мы получаем конструкцию, состоящую из идеальных стержней, связанных между собой шарнирами, но не являющуюся при этом фермой, в данном случае - плоской. Результат данного изменения показан на фиг.2 (а).
При удалении (разъединении) стержня 3, происходит аналогичная предыдущей ситуация, при которой ферма теряет свою устойчивость, изменяет свою геометрическую форму, не распадаясь при этом на отдельные части. Происходит смещение относительно друг друга шарнирно соединенных между собой стержней 1,2,4-7. Тем самым нарушается условие геометрической неизменяемости и статической определимости фермы (Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики М.: Высш.шк., 2003. - с.61 формула (38)). Результат данного изменения показан на фиг.2 (б).
Таким лобразом, предлагаемая конструкция демонстрационной фермы проста в изготовлении, позволяет расширит демонстрационные возможности
фермы, состоящей из идеальных стержней, соединенных между собой с помощью шарниров, и подтверждает теоретические положения, касающиеся самого понятия фермы и условия ее геометрической неизменяемости и статической определимости.
Данная модель относится к наглядным учебным пособиям и может быть использована для демонстрации на лекциях и практических занятиях по теоретической механике, сопротивлению материалов, строительной механике и других близких к указанным дисциплинам.