В статье рассматриваются вопросы геометрических методов формообразования как процессов создания изделия в соответствии с общими ценностными установками культуры, требованиями эргономики, конструкцией и используемыми материалами. Исследуется влияние ребер жесткости на создание оптимальной жесткости и устойчивости предметов быта. Для этого применяются методы геометрического моделирования при создании древнегреческой вазы из бумаги. Представляется конструкторское решение, повышающее жесткость и прочность деталей, различных конструкций, не увеличивая толщину стенок изделия. В статье предлагается использовать САПР «Компас-3D» для создания проектного образа вазы через визуализацию чертежа окончательного проектного экспериментального решения.
формообразование, эргономика, инженерный подход, конструкция, проектирование, моделирование
1. В комплексной подготовке студентов технических вузов в области графических дисциплин, которые, как известно, являются основой многих специальных инженерных дисциплин, таких как детали машин, теория механизмов и машин и так далее [1], лежит изучение вопросов формообразования.
В основе формообразования и проектирования промышленного изделия лежат три составляющих компонента: форма, функция и конструкция. Освоение формы как параметра закономерностей графического изображения [2] помогает приобретать умения в передаче пластического решения и конструктивного построения через пропорции и объём.
Проектирование соединяет в себе исследовательское начало, точный расчет и, безусловно, художественную интуицию. Конечной целью проектирования является создание востребованного изделия. Это находит свое выражение в форме, композиции и цвете изделия.
Таким образом, для исследования закономерностей в вопросах формообразования необходимо:
– рассмотреть проектирование простых линейных, криволинейных, сложных форм;
– исследовать закономерности создания цельного изделия;
– рассмотреть вопросы применения золотых пропорций при выполнении бионического анализа.
2. При проектировании отдельных линейных и криволинейных форм необходимо помнить о таких специфических средствах композиции, как метр и ритм. Метр и ритм проявляются как закономерное повторение и чередование элементов.
Технология конструирования из бумаги имеет ряд специфических особенностей, которые необходимо учитывать. Они непосредственно связаны с макетными свойствами бумаги:
• гладкий лист бумаги не конструктивен;
• при конструировании обладает пластическими свойствами, требует необходимости прогиба в различных направлениях для создания ребер жесткости в проектируемом изделии;
• бумага не обладает свойствами восстановления после смятия и сжатия первоначальной формы, что, в конечном итоге, требует замены всей детали при изменении конструкции изделия.
Любое изделие создается на основе расчетной конструкции, которая представляет собой систему ребер жесткости, получаемых в результате проектных действий. Исследование бумажных заготовок позволяет определить общие принципы трансформации плоскости в рельефе. Геометрическая модель является частным случаем математической модели. Особенностью геометрической модели является то, что она всегда будет геометрической фигурой, а поэтому в силу своей природы является наглядной [3].
Цель работы – изучение формообразования с участием ребер жесткости на примере древнегреческой вазы.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- сбор информации;
- изучение принципов создания ребер жесткости в создании формы;
- применение методов инженерного подхода для создания предметов быта;
- расчеты создания вазы с применением ребер жесткости;
- применение графических редакторов для решения задачи.
Расчет должен быть таким, чтобы каждая сторона комбинированного элемента при соединении соответствовала модульному решению. В результате получается четкая, конструктивная и законченная форма, логически обоснованная в декоративно-ритмическом и эстетическом отношении [4].
При выполнении расчетов следует учесть ритмические ряды и пропорциональные соотношения будущего изделия, рассчитать ширину вазы, выполнить полную выкройку и последовательно сформировать изделие. На начальной стадии проектирования используется технический рисунок − это наглядное графическое изображение объекта, выполненное от руки или другими способами, в глазомерном масштабе, верно раскрывающее техническую идею, конструкцию объекта [5, 6]. Затем при проектировании и расчете вазы необходимо использовать законы «золотого сечения», а также бинарные и тринарные уравнения целостности.
3. В рамках исследований экспериментально решен вопрос с образованием сферической формы: при достаточно четко выраженных и сформированных ребрах жесткости бумага сама принимает дугообразную форму.
Экспериментально доказано, что существует разница между отдельными деталями: это плотность ребер жесткости. На одной детали ребра жесткости имеют одинаковый шаг, а на другой – разный. Доказано, что деталь с одинаковым шагом ребер меньше подвержена механическому воздействию, например скручиванию, чем деталь с разным шагом ребер жесткости. Деталь с разным шагом ребер более пластична, чем деталь с одинаковым шагом. Поэтому выбор детали зависит от задуманной первоначально формы тела.
При продолжении эксперимента сформированы разновеликие элементы орнаментального характера (рис. 2). Формирование окончательного варианта выкройки выполнялось в программе Компас 3D [7, 8, 9, 10].
|
А |
|
а b с сdcdcedf d e e
|
|
B=b×56 |
Доказано, что квадраты в конструкции из бумаги позволяют создавать такие элементы, как сфера или эллипсоид. Это происходит потому, что в таком узоре плотность (шаг) ребер жесткости больше, чем у первоначальной детали, поэтому это дает больше возможностей в плане механического воздействия (скрутить, сжать по горизонтали, по вертикали).
Дальнейшие манипуляции включают в себя склеивание отдельных элементов в различной последовательности для получения в конечном итоге развертки, наиболее соответствующей задуманной вазе.
В результате экспериментов ставились и решались как конструктивные, так и технические задачи:
- от чего зависит степень изгиба элемента;
- угол его наклона по отношению к оси симметрии.
В результате экспериментов найден способ перехода от одной части вазы к другой.
В результате проделанной работы сделан вывод, что созданы те ребра жесткости, на которые опирается средняя часть вазы. Они как несущие колонны крепко удерживают конструкцию и не дают ей сломаться (согнуться).
После создания различных переходов и соединений получилась форма, похожая на форму выбранной вазы. Поэтому начался процесс создания аналогичных элементов. Горловина и нижняя часть вазы при их округлении должны стянуться к центру из-за переменного шага в узоре.
4. Принципы формообразования в бионическом расчете показали, что вазу можно разделить на три основные части (горлышко, средняя часть круглой формы и основание). Соотношение размеров этих частей между собой и относительно всего предмета (его высоты и ширины) и формируют восприятие вазы [2].
Средняя часть вазы может быть рассмотрена как векторное пространство. Векторы, образующие его, незначительно изменяются по длине – построение по кругу и в форме шара. Согласно заданным геометрическим пропорциям и векторным составляющим, представленным на рис. 3, можно сделать заключение, что рассматриваемая ваза удовлетворяет условиям золотых пропорций и может быть выполнена в материале как соответствующая эстетическим нормам. Таким образом, в рамках научного эксперимента освоено проектирование художественного цельнокроеного изделия. Выявлена необходимость точного расчета выкройки с учетом геометрических параметров.
Чертеж вазы выполнялся на листе формата А1.
Чтобы избежать ошибки, при сборке изделия не рекомендовалось уменьшать длину листа; ширина листа при этом могла меняться и зависела от расчетной высоты вазы.
В рамках исследований доказано, что красота образа промышленного изделия напрямую зависит от степени приближения к числу золотого сечения и золотым пропорциям.
1. Федосеева М.А. Методика подготовки студентов технических вузов графическим дисциплинам // Геометрия и графика. - 2019. - №1. - С. 68-73. - DOI: https://doi.org/10.12737/article_5c91fed8650bb7.79232969
2. Волкова, М.Ю. Исследование законов формообразования геометрических тел: монография/ М.Ю. Волкова; ФГБОУВО "Ивановский государственный политехнический университет".- Иваново, 2019. -100 с.
3. Сальков Н.А. Геометрическое моделирование и начертательная геометрия // Геометрия и графика. − 2016. − №. 4. − С. 31−40. DOI: https://doi.org/10.12737/22841 (дата обращения: 11.02.2020).
4. Шипков О.И. Зрительный эффект членения поверхности // Геометрия и графика. − 2017. − №. 4. − С. 68−72. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5a1802e98cd668.78094174
5. Константинов А.В. Наглядность изображений в техническом рисунке // Геометрия и графика. − 2017. − №. 3. − С. 67−77. DOI: https://doi.org/10.12737/article_59bfa6aba19b77.86685460
6. Волкова М.Ю., Егорычева Е.В. Графическая грамотность инженера как способ получения фундаментальных профессиональных знаний// Геометрия и графика. - 2014. -Т. 2. - С. 39-46.
7. Волкова, М.Ю. Исследование современных технологий для улучшения качества образовательного процесса / М.Ю. Волкова // Состояние и перспективы развития электро-технологии (XVIIБенардосовские чтения). - Иваново, 2013. Т. 3. - С. 282 - 285.
8. Волкова, М.Ю. Использование информационных систем для повышения образовательного процесса / М.Ю. Волкова // Материалы междунар. научно-техн. конфер. "Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии" (XIII Бенардосовские чтения) 27 - 29 мая, 2015 г. - Иваново: ФГБОУВПО Ивановский государственный энергетический университет - 2015.- Т. 3. - С. 381 - 384.
9. Волкова, М.Ю. Информационные технологии в образовательном процессе / М.Ю. Волкова // Информационная среда вуза: Материалы XXII междунар. науч.-техн. конф.; ФГБОУВО "Ивановский государственный политехнический университет".- Иваново: Издательский центр ДИВТ ИПК "Пресс Сто". - 2015. - С. 41-43.
10. Савельев Ю.А. Компьютерная методика изучения начертательной геометрии. техническое задание// Геометрия и графика. - 2018. -Т. 6. − № 1. - С. 75-82. - DOI: org:https://doi.org/10.12737/issue_5ae056f5d72253.93373871
