陶瓷模型基础—受力分析

作者：网络 | 来源：网络转摘 | 时间：2008-05-28 | 阅读权限：会员身份 | 会员币：5

　　在进行模种结构设计时，对造型样式的立体形进行力和力的作用效应研究，也就是进行受力分析，确定作用在制品上的力，才能正确处理立体形的各部尺寸、比例、厚薄以及线型和构件位置、体量关系等。
     在试制生产中，常常见到一些器皿受力过大，在烧成后出现变形，严重时产品报废，这就是所谓结构重力引起的变形。所以，对日用器皿立体形进行受力分析具有重要意义。这里主要介绍有构件制品的受力情况，其他器形的受力将在本章模型设计一节中叙述。
     （一）带构件制品的受力
     使物体改变运动状态或形状的作用，用一个量来表达，称这个量为力。在陶瓷器皿造型中，主要是研究改变制品形状的力。我们这里只讨论器皿结构重力引起的应力，对机械作用力和热作用引起的应力不作讨论，即设制品在均一状态下。
     带构件制品如：壶类、奶盅、把杯以及某些瓶类等。这类制品在高温下由于构件的作用，口部常出现椭圆变形。下面我们用隔离法分析壶类和盘类制品的受力情况，壶类制品的受力如图3-1所示：首先讨论制品左半部分，设N点为构件质点，构件受重力P作用，过N点作直角坐标，连接壶身AB两点，并作AB的延长线，将AB平移到A′B′位置。显然AB是壶身上部的倾斜线，β为倾斜角，γ是壶嘴与壶身的夹角，从图3-1中看出α等α′，β等于β′。用平行四边形法则将重力P分解为P1和P2，根据三角函数关系有：
     P1 = Psin（α-β）…………（3-1）
     P2 = Pcos（α-β）…………（3-2）
     当壶身的几何形结构一定时，β角为一定值，因此（3-1）和（3-2）式中的β为常数。
     从上两式看出，当P一定时，α越大，则P1越大，P2越小。当α一定时，P越大，则P1和P2同时增大。就是说，壶嘴向外伸展得越长（出水孔保持与壶口平），由重力产生的拉力P1越大，而压力P2越小。反之，壶嘴向外伸展得短，则拉力P1越小，而压力P2增大。若壶嘴重量增大，在α一定时，则产生的拉力P1和压力P2同时增大。对于小口径壶类制品或有肩制品，则有平衡力P3（P3为壶上半身重力产生的拉力与收缩力之和）与壶嘴产生的拉力P1相平衡。假如P1与P3之差大于材料的高温屈服点，制品则产生椭圆变形。所以一般带构件制品的造型应使其生产的拉力小一些，即构件向外伸展得短一些，以防此制品部变形。
     同样，若壶嘴过重，则产生的拉力和压力过大，当两者大于材料的高温屈服点时，一是口部变形，严重时制品粘接处下部产生凹塌变形。
     另外，在（3-1）和（3-2）式中，当α和P一定时，若β越大，则P1越小，P2越大。也就是当壶嘴安接的夹角一定和嘴的重量一定，若壶的肩径或口径越小，则壶嘴产生的拉力P1越小，压力P2越大。所以小口径和小肩的壶类制品口部变形的可能性小得多。而有肩制品比无肩制品的口部变形也小得多，因为它产生的平衡力P3较大。当然大口制品的口部变形可能性就更大。
     把手的体量大小及向外伸展长短产生的拉力和压力效应同壶嘴产生的效应相同。
     图3-1中，P4是底的重力，P5是壶身底上部的重力，若两者都大于材料的高温屈服点，则产生沉底、底帮产生软塌变形。
     另外，力点的位置对制品变形影响较大。图3-1中，若构件位置移近壶口，则容易引起口部变形。

    （二）盘类制品的受力
     如图3-2制品右边部分，0点为支点，制品底重P1和边叶重P2同时作用于制品底和边。显然，盘类制品的受力是杠杆作用。根据力矩平衡条件有：
     l1P1 = l2P2 （3-3）
     从式（3-3）看出，当P1和P2固定不变，l1或l2任一方过长或过短，将破坏力矩平衡。就是说盘类制品的变形与产品的底径和口径的大小以及底重和边叶重有关。所以，盘类器皿的立体形结构要注意底径与口径的比例，否则容易出现沉底，凸底、塌边等缺陷。各类器皿的口径与足径的经验比值见表3-1。
     式（3-3）还说明，要保证盘类制品的变形率小，其各部重量（即重度）和比例必须满足此式。浅碗类制品的受力情况也可以用公式（3-3）计算。

表3– 1 各类器皿口径与足径的比值

名称	口径与足径的比值	名称	口径与足径的比值
汤盘	2左右	锅碗	2.4~2.6
平盘	1.6左右	汉碗	2.1~2.4
鱼盘	1.37~1.44（直向） 1.5~1.58（横向）	镇德碗	2.7~3.1
鱼盘	1.37~1.44（直向） 1.5~1.58（横向）	英碗	2.1~2.28

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