王彦 程鲲 吴文博

摘   要：维吾尔族家庭中的家具大多不具有本民族的特色，而是以欧式家具替代。现要将维吾尔族纹样应用在模压工艺木质家具中，使之在符合维吾尔族当代审美要求的情况下，既能承受日常生活应力，又能做到节省材料。通过模拟纹样在桌角中的受力，将维吾尔族纹样导入有限元ABAQUS模型进行力学分析，通过分析各种数据以及计算可以得到最优纹样，既保留了维吾尔族的民族特征，又符合家具中的受力情况，为纹样在家具中的应用提供了创新的研究方法。通过有限元ABAQUS模型的受力分析，得到同等受力、同等变形的情况下最节省材料的纹样，论证了该方法的可行性和有效性。

关键词：维吾尔族;角隅纹样;有限元;ABAQUS;力学分析

维吾尔族人生活的地点位于丝绸之路附近，而丝绸之路是多种文化的交汇地，因此维吾尔族人在发展过程中受到了印度、阿拉伯以及中亚等地域文化的影响，从而在长期的发展中，文化得以演变。在发展中，传统手工艺制造出的本民族纹样不仅是对各地区文化融合后的发展，也是当地长期积累下来的民族艺术，是维吾尔族的智慧结晶[1]。在现如今各种欧式家具、国外文化的流行下，维吾尔族的家具渐渐失去了当地的民族特色。在家具中应用纹样时要考虑家具的材料、制造工艺以及家具的承重能力。本研究利用了有限元ABAQUS软件，将角隅纹样建立模型，模拟在桌角中的受力，提出了一种新的应用理念和方法。

1    维吾尔族纹样在家具中的应用

1.1  木质家具中纹样镂空处理的材料

当前家具市场上主要流行的木质家具根据生产材料和构造的不同，主要可以归纳分成实木、实木复合和模压3个大类。本研究主要探讨模压工艺下的纹样应用方法。模压工艺是以木质或非木质为原料，对其进行破碎、干燥并施加一定量的胶黏剂后，将这些碎料铺装在特定的模具中一次模压成型。其原材料可用木制品的边角废料、小径木、枝丫材或农副产品的废弃物，因此具有极大的推广性。这种模压工艺具有自重轻、强度高、重叠性好、不易变形、无金属、免检疫等优点[2]。由于模压家具为中空结构，因此大大降低了自身质量，避免了家具在使用过程中产生下垂，模压结构稳定，不易变形[3]。

1.2  研究家具时的力学必要性

顶尖的家具设计，一定是艺术设计与力学分析计算的完美结合，这在那些经历了沧桑却仍然能够被人们称道的家具中得到了充分的证明。家具的坚固性即“强度”，材料力学将“强度”定义为“构件抵抗破坏的能力”。家具被人们日常使用，也必须有一定抵抗破坏的能力。通过引入“应力”的概念，并与材料的“许用应力”相对比。只要构件中的应力不超过材料的需要应力，构件的强度就是足够的。在力学中，弯曲是一种较为复杂的变形形式，但家具中承受弯曲变形的部分也有不少。通过对弯曲变形部分的内力分析（剪力及弯矩图）以及弯曲应力的计算，可以判断弯曲变形构件的强度是否足够、设计构件的截面尺寸或确定弯曲构件材料所需的许用应力值[4]。

2    维吾尔族纹样在家具中的力学实验

2.1  纹样二维视图

通过分析不同领域的维吾尔族装饰图案，深入研究其图案的特征、布局、构图、色彩及工艺等，进一步探讨维吾尔族装饰图案的艺术特色及文化内涵。结合当下室内设计的发展趋势及审美观念，提取可用于室内设计的维吾尔族装饰图案元素并加以创新，得到5种适合应用于桌角的角隅纹样，如图1所示。

2.2  建立维吾尔族纹样的三维力学模型

2.2.1  三维模型基本设置

利用Abaqus建模进行力学分析。以第一个纹样为例，首先建立一个20 cm×20 cm的三角形支架，厚度t=3 cm，三角形中心部分为镂空的纹饰，边界圆弧半径为18 cm。如图2所示，A部分为刚体零件，对其施加均布载荷可模拟桌面对三角支架的力学作用。最后，将三角支架左边边界条件设置为完全固定，防止有任何移动。

2.2.2  材料、力学参数的設定

假设材料为木制结构，查参数可知，其杨氏模量为9.8 GPa，泊松比为0.45。在刚体的上表面加载100 N的均布载荷。

2.3  结果

2.3.1  5种不同纹样的结果

如图3所示，左上角的数值表示位移的变化。由计算结果可知，在相同厚度、相同集中载荷下，第3个纹样的承载能力是最强的，接下来的承载能力顺序依次为第4个纹样、第5个纹样、第1个纹样、第2个纹样。第2个纹样的承载能力是最差的。

2.3.2  数值分析

刚才给定了5个纹样固定的t=3 mm以及相同的载荷F=100 N，在Abaqus建模软件中模拟受力可以得到纹样的变形位移，用u表示。软件同样可以表示每个纹样板的体积V，通过计算也可以得到纹样的面积S。具体数据如表1所示。

这时将纹样的变形位移数据进行归一处理，推出纹样板的不同厚度，对应每个纹样的面积再算出最终体积。处理后的数据如表2所示。

表2表示在相同载荷下产生相同的形变量、不同纹样的体积数据。根据表2可得出在不被压溃的条件下，选用第2种纹样用料最少。

3    结语

将新疆维吾尔族纹样应用到木制家具中，结合使用材料和力学分析，创造性地提供了新的思路，也为其他复杂的纹样在家具中的应用提供了基础和可能性，这使得新疆维吾尔族纹样具有更多的遗传性和进化性，有着更广泛的传播途径。

[参考文献]

[1]刘 仁.维吾尔族装饰纹样图式审美艺术探究[J].产业与科技论坛，2017，16（1）：176-177.

[2]杨兆金，李学新，李 刚，等.木质刨花模压托盘生产工艺探讨[J].林产工业，2006（1）：29-31.

[3]李路明.家居木质门的造型设计研究[D].南京：南京林业大学，2014.

[4]胡潇毅，杨文闰，陆佳晨.家具中的力学及设计力学教学实践[J].教育教学论坛，2019（46）：137-139.