王彥 程鯤 吳文博

摘 ? 要：維吾爾族家庭中的家具大多不具有本民族的特色，而是以歐式家具替代?，F(xiàn)要將維吾爾族紋樣應(yīng)用在模壓工藝木質(zhì)家具中，使之在符合維吾爾族當(dāng)代審美要求的情況下，既能承受日常生活應(yīng)力，又能做到節(jié)省材料。通過(guò)模擬紋樣在桌角中的受力，將維吾爾族紋樣導(dǎo)入有限元ABAQUS模型進(jìn)行力學(xué)分析，通過(guò)分析各種數(shù)據(jù)以及計(jì)算可以得到最優(yōu)紋樣，既保留了維吾爾族的民族特征，又符合家具中的受力情況，為紋樣在家具中的應(yīng)用提供了創(chuàng)新的研究方法。通過(guò)有限元ABAQUS模型的受力分析，得到同等受力、同等變形的情況下最節(jié)省材料的紋樣，論證了該方法的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：維吾爾族;角隅紋樣;有限元;ABAQUS;力學(xué)分析

維吾爾族人生活的地點(diǎn)位于絲綢之路附近，而絲綢之路是多種文化的交匯地，因此維吾爾族人在發(fā)展過(guò)程中受到了印度、阿拉伯以及中亞等地域文化的影響，從而在長(zhǎng)期的發(fā)展中，文化得以演變。在發(fā)展中，傳統(tǒng)手工藝制造出的本民族紋樣不僅是對(duì)各地區(qū)文化融合后的發(fā)展，也是當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期積累下來(lái)的民族藝術(shù)，是維吾爾族的智慧結(jié)晶[1]。在現(xiàn)如今各種歐式家具、國(guó)外文化的流行下，維吾爾族的家具漸漸失去了當(dāng)?shù)氐拿褡逄厣?。在家具中?yīng)用紋樣時(shí)要考慮家具的材料、制造工藝以及家具的承重能力。本研究利用了有限元ABAQUS軟件，將角隅紋樣建立模型，模擬在桌角中的受力，提出了一種新的應(yīng)用理念和方法。

1 ? ?維吾爾族紋樣在家具中的應(yīng)用

1.1 ?木質(zhì)家具中紋樣鏤空處理的材料

當(dāng)前家具市場(chǎng)上主要流行的木質(zhì)家具根據(jù)生產(chǎn)材料和構(gòu)造的不同，主要可以歸納分成實(shí)木、實(shí)木復(fù)合和模壓3個(gè)大類(lèi)。本研究主要探討模壓工藝下的紋樣應(yīng)用方法。模壓工藝是以木質(zhì)或非木質(zhì)為原料，對(duì)其進(jìn)行破碎、干燥并施加一定量的膠黏劑后，將這些碎料鋪裝在特定的模具中一次模壓成型。其原材料可用木制品的邊角廢料、小徑木、枝丫材或農(nóng)副產(chǎn)品的廢棄物，因此具有極大的推廣性。這種模壓工藝具有自重輕、強(qiáng)度高、重疊性好、不易變形、無(wú)金屬、免檢疫等優(yōu)點(diǎn)[2]。由于模壓家具為中空結(jié)構(gòu)，因此大大降低了自身質(zhì)量，避免了家具在使用過(guò)程中產(chǎn)生下垂，模壓結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易變形[3]。

1.2 ?研究家具時(shí)的力學(xué)必要性

頂尖的家具設(shè)計(jì)，一定是藝術(shù)設(shè)計(jì)與力學(xué)分析計(jì)算的完美結(jié)合，這在那些經(jīng)歷了滄桑卻仍然能夠被人們稱(chēng)道的家具中得到了充分的證明。家具的堅(jiān)固性即“強(qiáng)度”，材料力學(xué)將“強(qiáng)度”定義為“構(gòu)件抵抗破壞的能力”。家具被人們?nèi)粘Ｊ褂?，也必須有一定抵抗破壞的能力。通過(guò)引入“應(yīng)力”的概念，并與材料的“許用應(yīng)力”相對(duì)比。只要構(gòu)件中的應(yīng)力不超過(guò)材料的需要應(yīng)力，構(gòu)件的強(qiáng)度就是足夠的。在力學(xué)中，彎曲是一種較為復(fù)雜的變形形式，但家具中承受彎曲變形的部分也有不少。通過(guò)對(duì)彎曲變形部分的內(nèi)力分析（剪力及彎矩圖）以及彎曲應(yīng)力的計(jì)算，可以判斷彎曲變形構(gòu)件的強(qiáng)度是否足夠、設(shè)計(jì)構(gòu)件的截面尺寸或確定彎曲構(gòu)件材料所需的許用應(yīng)力值[4]。

2 ? ?維吾爾族紋樣在家具中的力學(xué)實(shí)驗(yàn)

2.1 ?紋樣二維視圖

通過(guò)分析不同領(lǐng)域的維吾爾族裝飾圖案，深入研究其圖案的特征、布局、構(gòu)圖、色彩及工藝等，進(jìn)一步探討維吾爾族裝飾圖案的藝術(shù)特色及文化內(nèi)涵。結(jié)合當(dāng)下室內(nèi)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)及審美觀念，提取可用于室內(nèi)設(shè)計(jì)的維吾爾族裝飾圖案元素并加以創(chuàng)新，得到5種適合應(yīng)用于桌角的角隅紋樣，如圖1所示。

2.2 ?建立維吾爾族紋樣的三維力學(xué)模型

2.2.1 ?三維模型基本設(shè)置

利用Abaqus建模進(jìn)行力學(xué)分析。以第一個(gè)紋樣為例，首先建立一個(gè)20 cm×20 cm的三角形支架，厚度t=3 cm，三角形中心部分為鏤空的紋飾，邊界圓弧半徑為18 cm。如圖2所示，A部分為剛體零件，對(duì)其施加均布載荷可模擬桌面對(duì)三角支架的力學(xué)作用。最后，將三角支架左邊邊界條件設(shè)置為完全固定，防止有任何移動(dòng)。

2.2.2 ?材料、力學(xué)參數(shù)的設(shè)定

假設(shè)材料為木制結(jié)構(gòu)，查參數(shù)可知，其楊氏模量為9.8 GPa，泊松比為0.45。在剛體的上表面加載100 N的均布載荷。

2.3 ?結(jié)果

2.3.1 ?5種不同紋樣的結(jié)果

如圖3所示，左上角的數(shù)值表示位移的變化。由計(jì)算結(jié)果可知，在相同厚度、相同集中載荷下，第3個(gè)紋樣的承載能力是最強(qiáng)的，接下來(lái)的承載能力順序依次為第4個(gè)紋樣、第5個(gè)紋樣、第1個(gè)紋樣、第2個(gè)紋樣。第2個(gè)紋樣的承載能力是最差的。

2.3.2 ?數(shù)值分析

剛才給定了5個(gè)紋樣固定的t=3 mm以及相同的載荷F=100 N，在Abaqus建模軟件中模擬受力可以得到紋樣的變形位移，用u表示。軟件同樣可以表示每個(gè)紋樣板的體積V，通過(guò)計(jì)算也可以得到紋樣的面積S。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

這時(shí)將紋樣的變形位移數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一處理，推出紋樣板的不同厚度，對(duì)應(yīng)每個(gè)紋樣的面積再算出最終體積。處理后的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2表示在相同載荷下產(chǎn)生相同的形變量、不同紋樣的體積數(shù)據(jù)。根據(jù)表2可得出在不被壓潰的條件下，選用第2種紋樣用料最少。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

將新疆維吾爾族紋樣應(yīng)用到木制家具中，結(jié)合使用材料和力學(xué)分析，創(chuàng)造性地提供了新的思路，也為其他復(fù)雜的紋樣在家具中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)和可能性，這使得新疆維吾爾族紋樣具有更多的遺傳性和進(jìn)化性，有著更廣泛的傳播途徑。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉 仁.維吾爾族裝飾紋樣圖式審美藝術(shù)探究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017，16（1）：176-177.

[2]楊兆金，李學(xué)新，李 剛，等.木質(zhì)刨花模壓托盤(pán)生產(chǎn)工藝探討[J].林產(chǎn)工業(yè)，2006（1）：29-31.

[3]李路明.家居木質(zhì)門(mén)的造型設(shè)計(jì)研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2014.

[4]胡瀟毅，楊文閏，陸佳晨.家具中的力學(xué)及設(shè)計(jì)力學(xué)教學(xué)實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2019（46）：137-139.