探析結構模型制作工藝

探析結構模型制作工藝

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

　　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

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