Page 307 - 《振动工程学报》2025年第11期
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第 11 期 李国志，等：多因素影响陶俑修复品包装系统动力学特性研究 2765
缓冲衬垫 F
图 2 平躺运输状态下陶俑结构图
Fig. 2 Schematic diagram of forces on a terracotta figurine
during horizontal transport
生断裂。这种复杂结构大大降低了陶俑脆值。
通过预仿真验证上述关于结构因素的分析。以
陶俑的典型代表武士俑为例，建立其完整三维模型，
使用 ANSYS Workbench 的瞬态结构模块进行脆值仿
图 4 武士俑修复品
真 。 采 用 六 面体 Solid186 单 元 对 模 型 进 行 网 格 划
Fig. 4 Restored warrior figurine
分，以陶俑运输状态下的受力方向作为半正弦脉冲
加速度载荷的设置方向进行加载求解。
图 3 为武士俑等效应力云图，从图中可以看出，
武士俑的裙腿交界处出现应力集中，最大应力在腿
根部位，因此仿真法可验证腿根部位是陶俑整体结
构中的薄弱部位。
图 5 武士俑修复品等效应力云图（最大加速度 90g）
Fig. 5 Equivalent stress contour of restored warrior figurine at
90g
1.2 系统动力学模型
模型构建需平衡计算效率与力学真实性，结合
陶俑修复品的结构特性、修复工艺与运输工况，针
图 3 武士俑等效应力云图（最大加速度 90g）
对性简化非关键因素及复杂形态；忽略影响较弱的
Fig. 3 Equivalent stress contour of warrior figurine at 90g
微观因素，针对宏观层面的断片、腿部悬臂梁易损
1.1.2 多易损部位的影响
件，建立陶俑平躺运输动力学模型。
陶俑修复品大多为碎块或断裂片，需要后期通
1.2.1 基于多断片易损件的系统动力学模型
过胶粘剂进行连接。断裂后粘接会破坏陶俑整体的 传统脆值理论是将产品简化为单个易损部件加
连续性，且粘接处的结合强度难以完全恢复至原始 产品主体模型，当易损部件的响应加速度超过某个
状态，在振动、碰撞等外力作用下，易产生破损点。 临界值时，产品即发生破损。
因此，断裂件极有可能是陶俑的脆弱部件。 然而在实际场景中，产品通常包含多个易损部
同样，通过预仿真对上述分析进行验证。以图 4 件。当产品包装系统受到外界激励时，激励会通过
中 50 cm 武士俑修复品为例，建立其三维模型，使用 包装结构传递至产品主体，主体再经由与各易损部
ANSYS Workbench 的瞬态结构模块进行脆值仿真。 件的连接结构将激励传导至易损部件 [17] 。此时，产
具体方法与 1.1.1 节中结构因素的仿真方法一致。 品是否发生破损并不取决于易损部件脆值的绝对大
此外，该修复品含有主体和断裂片等多个部件，需要 小，而是由哪个易损部件的响应加速度峰值率先超
将接触设置为绑定接触。 过其脆值决定。
图 5 为武士俑修复品等效应力云图，从图中可以 对于含有多个断片易损件的陶俑复制品，单块
看出，由于断裂残缺，断片与主体连接部位存在缺口， 断片质量较小，与陶俑主体粘接相连，其自身形变
缺口处截面突然变小，导致局部应力显著高于平均应 对陶俑整体响应的影响可忽略。故将各断片简化
力。因此判定陶俑中的残断片为整体结构中的易损 为集中质量块，通过等效刚度与陶俑主体连接，各
部件。 易 损 件 之 间 没 有 直 接 作 用 关 系 。 可 建 立 如图 6 所
