Тема 13. Конструктивные системы живой природы.

1. В живой природе для создания большей устойчивости стебли растений усложняют свою форму закручиваясь вокруг оси, в результате чего возникают трубчатые образования в виде тонкостенных витых оболочек.

2. Конструктивный принцип кручения заложен в формировании скорлуп - оболочек сложной формы носящих название "турбосомы".

3. Стержневые системы существуют в природе в виде стволов деревьев, черенков и нирватур листьев, костей животных. Все эти элементы используются человеком в своей практической деятельности как прямой прототип или объект аналог.

4. Согласно закону "конуса устойчивости" у растений в местах закрепления возникают максимальные напряжения и крутящие моменты, что приводит к увеличению поперечного сечения ствола в котором увеличивается масса затвердевшей ткани, при этом сохраняется пружинистость и эластичность материала способствующие противостоянию действия ветра.

5. Пружинящие волокна стеблей растений проходят по периферии ствола и этот конструктивный принцип часто используется в создании стержневых искусственных систем.

6. "Оболочки-скорлупы" по своей форме это пространственные тонкостен- ные конструкции из жёсткого материала, изогнутые по "форме" и име- ющие как правило незначительную толщину. Рабочее состояние оболочек-это состояние напряжённой мембраны. В сечении оболочек исключаются изгибающие и крутящие моменты. Микроскопическая структура оболочек чаще всего имеет решётчатое строение.

7. Работа по "форме" является ключевым решающим принципом проектирования оболочек-скорлуп.

8. Характерной чертой сетчатых и ребристых конструктивных систем является распределение функций между несущими и несомыми элементами. Наиболее прочный материал сосредотачивается на линиях главных напряжений, образуя сетки, рёбра и решётки которые располагаются криволинейно в изогнутых плоскостях

9. Сетчатые, ребристые и решётчатые системы одни из самых перспективных в конструировании формы, связанной с пространствен- ным принципом работы.

10. Сложной кинематической стержневой системой живой природы являются скелеты животных. Эти подвижные системы благодаря шарнирным соединениям и мышцам переключают свои действия в соответствии с изменением нагрузок. Такие системы могут найти широкое применение в самоуправляемых конструкциях, сбрасывающих неожиданную нагрузку. Это перспективное направление в робототехнике и биомеханике.

11. Стержневые, вантовые, мембранные и тентовые системы разделяются по видам напряжений: стержни работают только на сжатие, а ванты на растяжение. Эти системы получили в конструировании название "мгновенно-жёсткие" системы. Они схожи с работой костно-мышечного аппарата.

12. Вантовые системы - это тонкие нити, работающие только на растяжение и имеющие опорные устои для своего натяжения. В природе они встречаются в виде паутины, склеренхимных и коленхимных нитей в стеблях растений, в виде сухожилий костно-мышечной системы.

13. Вантовые системы обладают упругостью и пружинящей способностью к демпфированию толчков.

14. Тентовые и мембранные системы представлены в природе в виде различ- ных плёнок, плоских мышц, перепонок водоплавающих птиц, плавников рыб, крыльев стрекоз и бабочек.

15. Пневматические системы природных образований представляют собой упругую эластичную систему обтянутую защитной тканью или кожей. Они обладают устойчивостью благодаря внутриклеточному давлению "тургору"

16. Напряжения в клетках и тканях вызванные давлением клеточного сока и протоплазмой относятся к гидродинамическому давлению. Параллельно с этим в клетках под действием газообразных веществ возникает аэродинамическое давление. На их основе формируются пневмо и гидро- конструкции.

17. Формы живой природы оптимально аэрогидродинамичны, это достигается пред напряжённостью клеток водой и воздухом, а также эластичностью живых тканей. Примером тому служат стебли и листья растений, плоды деревьев. Их формы обтекаемы и они формируют себя в зависимости от условий среды обитания и наследственности.