در این بخش در رابطه با نحوه آموزش و یادگیری مبحث خرپا در درس استاتیک نکاتی ارائه می گردد. در درس استاتیک که معمولا اکثر رشته های فنی مهندسی مانند مهندسی مکانیک، عمران، معماری و ... این درس را دارند یکی از مباحث مهم و یکی از فصل هایی که هم در کتاب بیر جانسون و هم در کتاب مریام هم ارائه شده است بحث خرپا می باشد.
در امتحان استاتیک ( دانلود رایگان نمونه سوال امتحانی استاتیک: دانلود رایگان نمونه سوال امتحانی درس استاتیک رشته مهندسی مکانیک) و همچنین در کنکور ارشد هم معمولا از بحث خرپا سوال مطرح می شود. خرپاها سازه های ایستاتیی هستند که وظیفه اصلی آنها تحمل نیرو و بار است. این سازه ها ویژگی هایی دارند که آنها را از سایر انواع سازه ها مانند قاب ها و ماشین ها متمایز می کند. خرپاها می تواند شکل های مختلفی داشته باشد و حتی در کتاب های استاتیک انواع استاندارد این سازه ها که به اسم افراد مختلف ثبت شده است هم ذکر می گردد. در خرپاها تمامی عضوها دو نیرویی هستند و فقط تحت کشش و یا فشار می باشند. اگر حتی برای اعضای خرپا وزن هم در نظر گرفته شود وزن آن تقسیم بر دو شده و در گره ها اعمال می گردد. بنابراین این فرض برای تحلیل چنین سازه هایی در نظر گرفته می شود. استفاده از خرپاها در دکل های برق، پل ها و سایر سازه ها بسیار متداول است و حتی در دانشگاهها مسابقه خرپای ماکارونی هم برگزار می گردد. دانلود خرپا
در درس استاتیک معمولا هدف از تحلیل خرپا این است که نیروهایی که به عضوهای آن وارد می شود بدست آید. به هر حال عضوهای خرپا از نبشی، میله و یا هر نوع قطعه دیگری که ساخته شده باشند توانایی تحمل بار محدودی را دارند. باید نیرو در تمام عضوهای خرپا محاسبه شده و بررسی شود که هیچ عضوی وجود نداشته باشد که نیرویی بیش از حد مجاز خودش را تحمل نماید. اگر چنین عضوی وجود دارد باید چینش عضوها و یا نوع خرپا را تغییر داد تا نیروی عضوها زیر مقدار بحرانی باقی بماند. برای تحلیل خرپا و بدست اوردن نیرو در عضوهای ان دو روش وجود دارد که در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد. دانلود جزوه استاتیک: خرپا
روش گره برای تحلیل خرپا: در این روش بعد از بدست آوردن عکس العمل های تکیه گاهی (البته ممکن است در بعضی از مسائل لازم نباشد ابتدا عکس العمل بدست آید) از گرهی که حداکثر دو مجهول دارد شروع کرده و نیروی عضوها متصل به آن گره بدست می آید. در ادامه سراغ گره های بعدی خواهیم رفت و به این ترتیب نیرو در تمامی عضوهای خرپا بدست می آید. توجه کنید در حالت دو بعدی برای هر گره فقط دو معادله تعادل می توان نوشت و در نتیجه باید روی گره هایی کار کرد که حداکثر دو عضو با نیروی مجهول به آن گره وصل باشد. روش گره برای تحلیل خرپاها روش پربازدهی نیست و معمولا وقتی استفاده می شود که بخواهیم نیرو در تمامی عضوهای خرپا بدست آید.
روش مقطع زدن برای تحلیل خرپا: در این روش با اعمال یک برش فرضی خرپا به دو قسمت تقسیم شده و با نوشتن معادلات تعادل برای بخشی از خرپا نیروهای مجهول بدست می آید. برشی که زده می شود در حالت دو بعدی باید حداکثر سه عضو را قطع کند (در این روش معادله تعادل گشتاورها را هم می توانیم بنویسیم و در نتیجه سه مجهول با هر بار برش زدن قابل محاسبه است. در روش گره برای هر گره دو معادله تعادل در راستای x و y را می توانستیم بنویسیم و برای گره معادله تعادل گشتاور قابل اعمال نبود و در نتیجه در روش گره، برای هر گره دو مجهول باید وجود داشته باشد) و در ضمن عضو یا عضوهایی که محاسبه نیروی انها مد نظر است را هم قطع کند. از این روش معمولا وقتی استفاده می شود که هدف بدست آوردن نیرو در تعداد محدودی از اعضای خرپا است. در بعضی از مسائل قبل از برش زدن باید عکس العمل های تکیه گاهی هم محاسبه گردد و بعضا لازم نیست. توجه شود که می توان از ترکیبی از روش های مقطع زدن و گره هم برای تحلیل خرپا استفاده کرد و لازم نیست حتما فقط یک روش را در نظر داشته باشیم. روش مقطع زدن به نسبت روش گره پربازده تر است و معمولا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
عضوهای صفر نیرویی در خرپاها: در بسیاری از خرپاها در شرایط خاص و تحت بارگذاری مشخص تعدادی از عضوها نیرویی تحمل نمی کنند. به این عضوها عضوهای صفر نیرویی گفته می شود. البته عضوهای صفر نیرویی اضافه نیستند و تحت بارگذاری های دیگر در همان خرپا ممکن است نیرو تحمل نمایند. در امتحان استاتیک و در کنکور ارشد هم بعضا تشخیص این عضوها از دانشجویان خواسته می شود و در کتاب های استاتیک مریام و بیرجانسون به خوبی این موارد توضیح داده شده است.
نحوه یادگیری بهتر مبحث خرپا در استاتیک: برای اینکه بحث خرپا را بهتر یاد بگیرید سعی کنید در کلاس های استاتیک حضور داشته باشید و از مدرسین تدریس خصوصی استاتیک هم می توانید کمک بگیرید (مشاهده مدرسین استاتیک). نکته بسیار مهمی که وجود دارد این است که کل مبحث خرپا با معادلات تعادل قابل بررسی و مسائل آن قابل حل است. پس باید بر مبحث تعادل در استاتیک کاملا مسلط باشید (دانلود جزوه استاتیک: تعادل). مطالعه مقاله چگونه استاتیک بخوانیم و آن را یاد بگیریم و پاس کنیم؟ برای یادگیری بهتر این درس هم مفید است. روش گره زدن روش کاملا روتین و سر راستی است و چالش خاصی ندارد. اما روش برش زدن و یا مقطع زدن در خرپا کمی خلاقیت می خواهد و باید به اندازه کافی تمرین کرده باشید. اینکه چگونه برش بزنید و برش خوبی بزنید و بعد از ان هم معادلات تعادل را به درستی استفاده کنید به تمرین نیاز دارد. در بعضی از سوال ها از دانشجویان خواسته می شود تنها با نوشتن یک معادله تعادل (تعادل در استاتیک) جواب را بدست بیاورند. در این حالت کمی کار سخت تر می شود و چنین تمریناتی هم به وفور در کتاب های استاتیک ارائه شده است. از جزوات آموزشی موجود در همین سایت ایران مدرس هم می توانید برای یادگیری مبحث خرپا و سایر بحث های استاتیک می توانید استفاده نمائید. برای مشاهده لیست کامل این جزوات و سوال های امتحانی و .... بر روی عبارت جزوه و سوال استاتیک کلیک نمائید.
منبع: ایران مدرس
