結構模型制作工藝

朱江南　解建超

[摘要]通過實驗研究和理論分析,結合實踐經驗,著重講述幾種常用模型構件的制作工藝,包括方桿、圓桿和紙帶的制作。

[關鍵詞]制作工藝 桿件 紙帶

中圖分類號:J59文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920147-01

一、引言

《結構模型設計競賽》是一門面對土建類大學本科學生,旨在培養知識運用能力和創新能力的新型學科競賽。到目前為止,他已有十多年的歷史。近年來,我國基礎建設飛速發展,各種結構形式相繼涌出,那些形式新穎、自重輕,承載大,形態優美的結構形式則更是備受青睞。雖然土建類學生與日俱增,但由于理論與現實的差異性,他們還缺乏那種獨立創新的能力。面對這種形勢,為了培養學生的創新能力與動手能力,眾多高校和部分地區相繼推出了結構模型設計競賽。

而模型制作就相當于現實生活中建筑物的施工,施工質量的好壞直接決定了建筑物承載力和使用性能。毫無疑問,制作工藝是結構模型設計大賽中至關重要的,是成敗與否的關鍵。

二、模型構件的制作

模型的主要構件有桿件和紙帶,桿件又分三角形,方形,圓形。下面就幾種主要構件的制作進行詳細講解。

(一)方形桿件的制作(以1cm×1.5cm尺寸為例)

動手前有兩個重要工序:一、分工合作,在制作模型前分配好每個人的任務,一個代表隊一般由三人組成,其中一人專門負責涂膠水,從頭到尾由此一人承擔,另外兩人則專門負責卷桿及裁紙。二、計算,所要制作桿件厚度為兩層,那么要用的白紙的寬度大概為1.5+1+1.5+1+0.3×4+1.5+1+1.5+1=11.2cm,因考慮到外層紙比內層紙要寬。為敘述方便,三名同學分別用A、B、C代名,負責卷桿的同學分別為A、B同學,涂膠水的為C同學,接下來進入實際操作。

三個人分配好位置,A、B兩人緊靠坐在書桌的一邊,C同學站立在對面,將玻璃板平鋪在書桌上,玻璃板的一邊與書桌的一邊平齊,再將白紙平鋪到玻璃板上,注意是要沿著順紋方向卷桿。A、B同學將木棍與白紙邊緣齊平,向前轉動90度,卷的時候木棍與白紙緊貼不能滑動,此時C同學緊緊按住白紙不讓白紙滑動,A、B同學則同時將木棍與白紙使勁向后拉,讓白紙出現一個明顯的棱角,此時A、B同學還可以用手指甲在白紙上來回移動,有助于棱角的形成,但注意不要傷紙。當一邊的棱角出來后,C同學繼續按緊白紙,A、B同學按緊白紙與木棍將其一塊向前轉動90度,同時使勁往后拉,重復上面步驟使其出現另外一個棱角,依此類推不斷向前轉動,直到木棍的每條邊上都有兩層白紙。為使紙層之間接觸更加緊密,棱角更鮮明,在向前卷動的過程中可以用一個比較光滑的實物如玻璃杯,利用杯壁來回用力壓實木棍上的白紙。卷完兩圈后,將木棍向后退回一圈,使木棍的每邊只保留一層白紙,接下來開始涂膠水。A、B同學保持白紙緊貼木棍,并保持木棍不動,C同學則在被退回的白紙上涂膠,為避免膠水干燥太快,一次只能涂一條邊。C同學將膠水從A端連續擠到B端成一直線,再用卡片將膠水沿白紙順紋方向前后抹開,前后來回兩次,再將卡片從A到B來回兩次,涂膠過程中卡片應保持一定角度,用力要適中,使得從A到B的紙面上的膠水厚度均勻。涂膠完畢,C同學按緊白紙,A、B同學則用力往后拉木棍,用力均勻向前卷動木棍,向前卷動90°后保持不動,用力按木棍使膠水與兩紙面粘合密實,不留空隙,防止起泡,此時可借助玻璃杯來回壓實將多余的膠水從側面排出。這樣就完成了一條邊的涂膠制作,重復上面的步驟卷完所有的邊。卷完最后一邊用劃紙刀用力一次性切斷白紙,再將白紙的邊緣用手輕輕粘到卷好的桿上。做完一根桿件后不要急于將木棍抽出,因為此時的白紙處于濕態,非常軟,必須等桿件完全干燥后再抽出。為加快干燥可借助吹風機直接烘干,但不要太近,吹風機得來回移動,使桿件受熱均勻,這樣干燥后軸向抗拉壓強度也均勻。

在卷桿的過程需要注意的問題有:1. C同學最好面對光源,讓光線射到剛涂的膠水上,這樣反光容易看清膠水是否涂均勻,同時A、B同學可從側面看膠水哪里有薄有厚。2. C同學涂膠水不能太多,只需薄薄一層附在白紙上即可,動作得迅速熟練,以避免膠水干燥。3. 木棍比制作的桿件稍長,以使卷桿時方便拉緊木棍與白紙也方便抽出。

(二)圓形桿件的制作(以50cm長,內徑2cm的三層圓形桿為例)

知道了方形桿件的制作方法,制作圓形桿件也就非常容易了。施工前的準備和前面一樣,分工合作,只是計算應為π×4+π×(4+0.6)+π×(4+1.2)+0.1=13.8π+0.1。加上0.1是因為圓桿不像方桿那樣開始可以剛好一個圓周貼在塑料管上,必須有0.1cm的重疊才能使白紙和圓管貼緊。

首先將白紙和塑料管與桌子邊緣齊平,A、B同學將兩端的白紙緊貼塑料管,時刻貼緊,不能產生相對滑動,卷完一圈則將白紙邊緣慢慢往里塞,當要做的桿件太長,A、B同學難以控制時可借助C同學的一只手負責中間部分,C同學另一只手按緊桌面上的白紙不動。全部塞好后使勁往后拉桿,使白紙緊貼塑料管,拉好后從兩端檢驗一下重疊的長度是否相同,大約都在0.1cm左右。接下來C同學開始涂膠,涂膠的方法同前一樣,都要迅速熟練,不同的是涂膠水的寬度應為圓桿的半周長,涂好半周后,用前述的方法粘結紙層,此時不再用玻璃杯壓實圓桿,而是重新自制一個小工具,用一個內徑比塑料管外徑稍大的半圓弧形塑料管,套在桿件上來回壓實桿件,每卷動半圈壓實一次,直到完成桿件。

(三)紙帶的制作(以2cm寬三層紙帶為例)

紙帶的制作方法有二種,一種是將紙帶一層一層直接往模型上貼,一種是先貼好三層,再一次性貼到模型上,這兩種制作方法各有他們的優缺點,但考慮到有時第一種方法施工上難以實現,故一般采用第二種制作方法,下面也將詳細講述第二種方法。

紙帶的制作可以三人也可以兩人,在此只講述兩人合作的方法,首先切出三條寬度為2cm,長度一致的紙帶,A同學將紙帶的一端用透明膠貼在桌面上,C同學拉緊另一端將紙帶拉直,C同學負責涂膠,膠水從A端到C端,一次性快速涂完,A同學則拿另一條紙帶緊跟在涂膠水的卡片后,快速將其與涂膠水的紙帶粘合,全部粘合后用玻璃杯從A到C端壓實兩次,然后再粘第三層紙帶,方法同前。

三、結語

隨著“結構模型設計大賽”受到越來越多高校的關注,結構模型設計理論與制作工藝也逐漸走向成熟。結構比選、結構設計要點、方案簡介、應用前景、方案圖、構件詳圖、計算簡圖、荷載分析、內力分析、承載能力估計、節點處理等一系列流程化過程,將結構模型設計程序化、規范化。然而,作為一門學科競賽,它還不成熟。特別是,到目前為止,還沒有一本真正參考指導教材,為了填補這一領域的空白,在此寫下結構模型制作工藝一欄滿足廣大結構模型設計愛好者的需要。嚴密而清晰的設計理論,純熟的制作工藝還亟待我們去完善……