автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий

Полный текст автореферата диссертации по теме "Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий"

На правах рукописи

Пирайнен Виктор Юрьевич

МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИЗАЙНА ХУДОЖЕСТВЕННЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ.

17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Северо-западном государственном заочном техническом университете

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук,

профессор Шатерников Виктор Егорович

Доктор технических наук,

профессор Жукова Любовь Тимофеевна

Доктор искусствоведения,

профессор Ра гс Юрий Николаевич

Ведущая организация:

Санкт-Петербургская государственная художественно-промышленная академия

Защита состоится "23" июня 2005 года в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.119.04 при Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики, 107846, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20, ауд. 429

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики.

Автореферат разослан « » _2005 г.

Ученый секретарь /Ь /у Соколова Марина

Диссертационного совета, д.т.н. Леонидовна

174/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*

Актуальность темы.

Дизайн как осознанное или интуитивное действие, направленное на создание значимого порядка, охватывает практически все сферы жизнедеятельности человека.

Развитие науки и техники, ведущее к расширению границ знаний об окружающем мире, неизменно влечет за собой расширение возможностей повышения качества жизни человека, улучшения комфортности среды его существования. От поколения к поколению эстетическое восприятие окружающего мира приобретает все большее значение в жизнеустройстве человека. И этот процесс носит эволюционный характер.

С материальной точки зрения, человек обитает в пространстве, заполненном предметами материального мира, функционально взаимосвязанными как между собой, так и со средой, в которой они существуют. При этом сам человек является частью этой предметной среды.

С точки зрения духовного восприятия и осознания окружающего мира действия человека всегда направлены на повышение комфортности и достижения красоты жизни.

Любой материальный объект с точки зрения его эстетического восприятия, есть некий компромисс между его функциональностью и красотой.

Дизайн, как процесс, занимающийся организацией целостности эстетической среды, всегда направлен на минимизацию противоречий красоты и функциональности. Дизайн не может быть идеален, так как противоречия существуют всегда.

Однако эти противоречия постоянно уменьшаются с углублением познаний человека о материальном и духовном мире.

Материаловедение как наука о внутреннем строении материалов занимается изучением законов взаимосвязи природы и структуры материала со свойствами объекта из него состоящего.

Создание объектов материального мира с требуемыми характеристиками и свойствами является предметом изучения науки - технологии материалов.

* Автор выражает глубокую признательность заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Магниц-

Постоянное повышение требований к эстетическому уровню объектов материального мира неизменно предопределяет совершенствование технологий и улучшение качества материалов.

Одно из самых значимых мест в истории развития человеческой цивилизации занимают металлы, лежащие в основе большинства предметов окружающего мира.

В этой связи, изучение закономерностей и знание основ технологии и материаловедения металлов с позиции дизайна и эстетического восприятия изделий как художественного, так и технического назначения, является задачей постоянной и непреходящей, что определяет актуальность данной работы.

Цель работы:

Разработка системы знаний материаловедческих и технологических параметров металлов, используемых в дизайне, позволяющей оптимизировать процесс создания металлических изделий, включая выбор материалов с заданными эстетическими свойствами.

Задачи:

1. Исторический анализ дизайна как отражение эстетической картины мира.

2. Анализ закономерностей исторического развития материаловедения и технологии металлов во взаимосвязи с законами дизайна предметной среды окружающего мира.

3. Анализ свойств металлических изделий как первооснова современного дизайна.

4. Разработка методик сравнительных оценок металлов по их колористическим и акустическим свойствам

5. Разработка общих принципов классификации металлических материалов по свойствам, определяемым законами дизайна.

6. Решение задач по реставрации металлических изделий.

7. Разработка основных принципов выбора материалов в технологии дизайна металлических изделий.

Научная новизна:

1. Предложен системный подход к решению задач дизайна металлических изделий, позволяющий решать их, используя исторический опыт и достижения современной науки и техники.

2. Разработана методология классификации металлических материалов для дизайна по их колористическим и акустическим свойствам.

3. Разработаны научные основы дизайна металлических изделий с позиции материаловедения и технологии их изготовления.

Практическая значимость:

1. Решена задача выбора и разработки металлических материалов, отвечающих требованиям дизайна создаваемого изделия, на основе разработанных методик оценки акустических и колористических характеристик материала.

2. Разработаны основные принципы создания классификаторов металлов и сплавов, определяющих уровень эстетического восприятия изделия в зависимости от его назначения и условий эксплуатации.

3. На основании решения задачи по оптимизации колористических, акустических и технологических свойств литой бронзы разработана промышленная технология реставрации колоколов методом сварки.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на международной научно-технической конференции «Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов» (С.-Петербург, 1995 г.), на научно-технической конференции «Материаловедение и технология обработки материалов» (С.-Петербург, 2000г.), на международной научно-технической конференции «Генезис, теория и технология литых материалов» (г. Владимир, 2002 г.), на конференции «Колокола православия» (Минск, 2002 г.), на Всероссийских научно-практических конференциях «Литейное производство сегодня и завтра» (С.-Петербург, 2003 и 2004 гг.), на VII съезде литейщиков России (Новосибирск, 2005 г.)

Личное участие автора.

Все результаты, приведенные в диссертации, получены самим автором при его непосредственном участии или под его руководством. Автор принимал участие в постановке задач, их экспериментальном решении, обработке и обсуждении результатов, автору принадлежит обобщение полученных данных, выявление закономерностей и формулировка основных выводов.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 6-ти глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 152 страницах, содержит 13 таблиц, 60 рисунков; библиографический список содержит 186 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, указаны цели и задачи исследования.

Глава 1. История дизайна, как отражение эстетической картины мира.

Дизайн появился у человека вместе с формированием эстетического сознания, которое, в свою очередь, определялось уровнем исторического развития материального мира.

Эстетическое чувство формировалось у человека постепенно, по мере развития его социального начала. Так от удовлетворения потребностей, связанных исключительно с поддержанием жизни, человек постепенно переходил к удовлетворению эстетических потребностей. Это стало возможным, когда у человека появилась возможность выбора, и он научился оценивать. Именно в процессе оценивания и начинает формироваться эстетическое чувство. Определяющим моментом при этом является наличие эстетического идеала (эталона), который рождается при взаимоотношениях человека с окружающим миром. Эстетический идеал - это то прекрасное к реализации чего стремится эстетическое чувство. В формировании эстетического идеала участвуют как индивидуальные способности человека, так и условия его жизни. Все, что пережил человек, оставляет в нем свой отпечаток. Он убеждается в том, что его представления о жизни правильны, или наоборот, чувствует потребность что-то изменить в лучшую сторону. Эволюционность эстетического восприятия окружающего мира можно выразить, как стремление от хорошего к лучшему, и далее к более лучшему.

Преемственность эстетического мировоззрения всегда выражается необходимостью понимания, что такое красота и каковы ее законы, и определяется историческим ходом развития культуры человечества.

Самый длительный период в развитие человечества - Архаическая эпоха. Именно в это время закладывались основы общечеловеческой культуры. Первобытные люди воспринимали окружающий их мир непосредственно, эмоционально. Реальность воспринималась как стремительно несущаяся, порывистая, неукротимая, динамичная. Узнавая мир вокруг себя, люди пытались практически использовать различные объекты природы в процессе труда. Вместе с тем люди не только воспринимали и осваивали предметы и явления, как они есть сами по себе, но и оценивали их. В первую очередь первобытные люди начали создавать предметы, необходимые для жизни. Стараясь сделать их удобными для использования, они уже превращали их в предметы культуры. Появились оружие, необходимое для охоты и домашняя утварь. Позднее, когда от присвоения готовых продук-

тов природы первобытный человек перешел к более сложным формам труда, таким как земледелие и скотоводство, стали изготавливать и орудия труда. Сначала их делали из камня и глины. Постепенно человек научился добывать и обрабатывать металлы. Это были самородные металлы, такие как медь, золото, серебро, метеоритное железо. Они были мягче, пластичнее и легко поддавались деформации под воздействием своеобразной ковки с помощью камней. Появились луки, стрелы и копья с металлическими наконечниками, кованая посуда. Начинают развиваться художественные ремесла: появились золотые, серебряные и медные украшения.

Познавая окружающий мир, сталкиваясь с необъяснимыми явлениями, у первобытного человека возникало стремление объяснить все его окружающее и все совершающееся в нем самом, т.е. мир в целом. Весь свой первый сокровенный опыт древние люди воплощали в мифологии, самом мощном пласте духовной культуры. Обобщения и индивидуализация делали мифы более художественными. Постепенно возникло художественно -мифологическое сознание. Рождались первые формы религии.

В период палеолита рождается изобразительное искусство. Объектами художественного воплощения становились, прежде всего, те предметы и явления природы, которые были наиболее тесно связаны с практической деятельностью, с проблемой выживания.

Накопление материально-технического опыта привело к появлению в IV тысячелетии до н.э. цивилизаций. Они возникали на территории Северо-Восточной Африки, Передней и Средней Азии, Китайской равнины и полуострова Индостан. Особенностью этих цивилизаций была разнородность процессов их культурного и исторического развития. Эстетическая картина мира в эпоху древних цивилизаций представляет собой синтез религии, философии и «эстетики», причем религиозные и мифологические воззрения играли главную роль.

Среди древневосточных государств выделяется одно, просуществовавшее более трех тысяч лет и создавшее великолепную культуру. Это -Древний Египет. Зарождение египетской цивилизации относится к концу IV тыс. до н.э. - началу Ш тысячелетия до н.э. Территориальная изолированность от остального мира, стремительное развитие наук, техники, торговли, ремесел и элементов критического мышления в сочетании с мифологическим восприятием и тесная связь искусства и религиозного культа, особенно заупокойного ритуала, позволили создать уникальный тип культуры. В Древнем Египте очень ценилось знание. Считалось, что знание приближает человека к красоте. Постепенно мифологизированный взгляд на мир уступает место философскому, что явилось предпосылкой для процесса углубления эстетического мировосприятия.

Восток и Запад. В отличие от Египта Месопотамию населяли разные племена, говорящие на разных языках.

Первыми ее создателями были племена шумеров, культурные достижения которых в дальнейшем развивались вавилонянами и ассирийцами. В Месопотамии была создана великолепная архитектура и изобразительное искусство, развивались ремесла, в том, числе ювелирное дело. Господствующее место отдавалось религии.

Культура древнего Вавилона во многом унаследовала культурные традиции шумеров. В это время произошел переход к бронзовому веку (нач. Ш тыс. до н.э.). Широкое использование орудий труда и оружия из бронзы значительно повысило производительность труда, что привело к объединению Месопотамии и расцвету ее культуры.

В Ш - П тыс. до н.э. одновременно с древневосточными культурами в Восточном Средиземноморье, главным образом на о. Крит, и некоторых областях материковой Греции, существовала высокоразвитая крито-микенская культура. Ее ранний период совпал с началом бронзового века.

В X веке до н.э. на первый план выдвигаются греческие племена дорийцев и крито-микенская культура, теряя преобладающее значение, находит свое дальнейшее продолжение уже в искусстве Древней Греции, где в это время начинается железный век.

Античной цивилизацией обычно называют Древнюю Грецию и Древний Рим в период с VII века до н.э. по V век н.э. По сравнению с Древневосточными цивилизациями Античная была значительным шагом вперед. Достижения Античной культуры столь ценны, что именно на них была основана европейская культура.

В период архаики возникли основные типы и формы греческого искусства, складывается и развивается демократическая художественная культура: архитектура, скульптура, ювелирное искусство и бронзовая пластика.

Наибольшего расцвета древнегреческая культура достигла в период высокой классики. Центр культурной жизни в это время перемещается в Афины. Именно афиняне придали неповторимое своеобразие греческой культуре.

Дальнейшее развитие античной культуры происходило в рамках Древнеримской цивилизации. В формировании римской культуры участвовали многие народы и племена, подчинившиеся римской власти. Но все их влияния воспринимались частично или преобразовывались в соответствии с римской системой ценностей. Главной особенностью римлян было то, что на первое место они ставили практическую деятельность и точный расчет, не уделяя особого внимания сфере эстетического.

III в. н.э. считается кризисом Римской Империи. В это время растет интерес к религии, к различным мистическим культам и суевериям.

Появившееся еще в I в. христианство постепенно превращается в господствующую религию, а в конце IV в. и вовсе становится государственной религией Римской Империи.

Восточная Римская Империя получила название Византия. Византийская эстетика считается наиболее развитым направлением средневековой эстетики. Ее идеалом был Бог как источник красоты. Христианство с 337 г. являлось государственной религией Византии, оно создавало условия для формирования нового типа культуры. Византийцы создали художественную систему, в которой господствуют строгие нормы и каноны, а красота материального мира рассматривается лишь как отблеск божественной красоты.

Искусство Византии отличает условность, подчеркнутое отличие художественного произведения от воспроизводимой реальности. Изображаемые образы предельно просты, статичны, лишены ракурсов, пространственной глубины и натуралистических деталей, их цель - выразить внутреннее содержание.

В Европе периодом средних веков считается довольно большой отрезок времени, начавшийся с падением Римской Империи. К этому времени относится «великое переселение народов» и создание первых ранних государств. Население Европы отнюдь не было однородным, и это отразилось на европейской культуре. Она впитала культурные традиции населявших Европу народов, испытала влияние Античности и Востока, поэтому можно сказать, что единый стиль в средневековом искусстве отсутствует, есть только общая идея, которой подчинено все средневековое искусство. Этой общей чертой является глубоко мистический, религиозный характер.

Принципиально новые грани эстетического мировосприятия воплотились в готическом искусстве. Готика стала периодом высшего расцвета средневековой культуры. В эстетическом мироощущении этого времени доминирует Абсолют. Глубоко осознается несовершенство земного существования и необходимость духовного возвышения человека. Заметно возрастает внимание к внутренней красоте человека. Главной чертой стал аскетизм. Новое мироощущение утверждало устремленность к гармонии через боль и страдание. В процессе душевной работы происходило развитие самосознания, позволяющее прочувствовать гармонию бытия, главным источником красоты.

Христианство стремилось ограничить индивида, строго регламентировать его жизнь, указывая путь к вечной красоте. Не сумев найти объективных предпосылок для воплощения христианских идей, культура средневековья медленно затихает.

В это время в Европе многое меняется: возникают мануфактуры, развиваются товарно-денежные отношения, делаются научно-технические и географические открытия. Формируется новое мироощущение - гуманизм, в центре которого стоит деятельный человек. Всех гуманистов воодушевляла вера в творческие силы человека и мощь человеческого разума. Этот период получил название Возрождение (или Ренессанс). Такое название связано с возрождением в это время интереса к античному искусству, обращение к нему как идеалу, образцу.

Эпоха Возрождения - одна из самых ярких в истории человечества. Особое значение приобретает воплощение красоты человека, как высшего творения природного мира. Для произведений искусства характерно идеализированное представление о человеке, абсолютизация личности, важность единства разумного и чувственного, свободы существования с беспредельными творческими возможностями.

В эту эпоху в Италии появился стиль барокко, отражающий идею об условности всякого порядка, гармонии. В нем наиболее полно воплотилась нарастающая динамика мысли и чувства.

В первой половине XVIII в. во Франции зарождается новый художественный стиль, получивший название рококо. Для рококо характерен уход от противоречий жизни в мир фантазий, мифологических и поста-ральных сюжетов. Мотив зеркала, как символа призрачности, иллюзорности, приобрел первостепенное значение. Очень сильным было стремление преодолеть грубость материального мира, далекого от совершенства. Главным критерием красоты стала женственность.

Во второй половине XVIII столетия формируется новый тип мировосприятия, ориентированный на наследие античной культуры, как на норму - классицизм (от лат. сЫвкеез - образцовый). Философской основой классицизма были представления о разумной закономерности мира, о главенстве разума, о прекрасной, облагороженной природе. Искусство классицизма тяготит к выражению глубокого общественного содержания, возвышенных нравственных идеалов. На этом этапе рациональное стало преобладать над эмоциональным. Эстетике классицизма свойственна строгая организованность логичных, ясных и гармоничных образов, стремление утвердить такой тип красоты, в котором ничего нельзя изменить, ни прибавить, ни убавить, не потеряв целого. Красота классицизма, это красота освоенная разумом, математически выверенная и лишенная метафизической тайны красота.

В начале XIX века эстетика классицизма, усиленная идеологией Просвещения, переродилась в холодную, помпезную, искусственно насаждаемую красивость ампира - стиля, созданного во Франции в эпоху правления Наполеона Бонапарта.

Ему на смену пришел романтизм, провозгласивший ценность отдельной человеческой личности и полную свободу художественного творчества.

На рубеже XIX - XX вв. наметился кризис системы научных, эстетических и этических ценностей. Предпринимается попытка обобщить эстетический опыт человечества, совместить художественные традиции Запада и Востока, античности и средневековья, классицизм и романтизм.

Новый художественный стиль получил название модерн (от фр. мос1егп, лат. москгпиэ - современный). У него не было какого-либо одного исторического источника, он стремился впитать в себя все. Модерн должен был явить собой «венец» европейской культуры, единый интернациональный стиль.

Накануне I Мировой войны стиль модерн завершил свое развитие, так и не решив поставленной задачи. Отказ от идей модерна стал отказом вообще от идей художественности и привел к модернизму, для которого свойственно стремление к новизне, поиск новых форм, новых средств, новых подходов.

Стремление достичь границ искусства создало кризисную ситуацию. Тезис о смерти искусства привел к тому, что предпочтение стали отдавать обыгрыванию уже созданных ранее образов. Началась эпоха постмодернизма.

В 50-х годах появляется новое направление - поп-арт, ориентированное на массовость. Поп-арт возвел в ранг искусства культ вещи. Стирая грань между искусством и обыденной жизнью, поп-арт дал начало бесчисленным мелким течениям, где за искусство выдается любое волеизъявление художника.

Благодаря такому множеству эстетических течений в искусстве и дизайне формируется многогранность восприятия и плюрализм эстетических взглядов. Этот общественный феномен 70-х привел в итоге к возникновению нового художественного стиля, оппозиционного «современному движению», получившего название «постмодерн». Постмодерн разрушил постулат «форма следует за функцией». Постмодерн создал новое представление о дизайне как ориентированного на потребителя. Без постмодерна в конце XX века стали бы невозможными последующие за ним поиски яркого и значительного дизайна с новым смыслом и экологической моралью.

Научные открытия и достижения конца XX века в области новых материалов и высоких технологий, таких как наноматериалы и материалы со сверхпроводимостью, микроэлектроника и бионика, кибернетика и робототехника, являются объективным основанием для формирования новой эстетической картины мира XXI века.

Глава 2. Основные направления дизайна в современной технологии металлов.

История развития цивилизации неразрывно связана с освоением материалов. В этом плане трудно переоценить роль металла. Появление орудий труда из металла способствовало не только техническому прогрессу (в земледелии, строительстве, ремеслах), но и социальному - образование первых государств совпадает с началом бронзового века.

К началу XXI века многолетними трудами ученых установлены основные характеристики металлов, без которых невозможно само существование в первую очередь машиностроения.

Свойства металлов и их сплавов условно разделены на физические, химические, технологические и механические.

Физические свойства определяют поведение металлов в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях. К физическим относятся плотность, теплоемкость, температура плавления, термической расширение, магнитные характеристики, теплопроводность, электропроводность.

Под химическими свойствами понимают способность материалов вступать в химическое взаимодействие с другими веществами, сопротивляемость окислению, проникновению газов и химически активных веществ. Характерным примером химического взаимодействия среды и металла является коррозия.

Технологические свойства металлов и сплавов характеризуют их способность подвергаться горячей и холодной обработке, в том числе при выплавке, горячем и холодным деформировании, обработки резаньем, термической обработке и особенно сварке.

При конструировании изделий в первую очередь руководствуются механическими свойствами материалов. Механические свойства материалов характеризуют их способность сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием различного рода нагрузок. Механические нагрузки могут быть статическими, динамическими и циклическими. Кроме того, материалы могут подвергаться деформации и разрушению, как при разных температурах, так и в различных, в том числе агрессивных, средах.

История развития процессов обработки металлов начинается с древнего мира. В Древнем Египте из золота стали изготавливать различные изделия уже около 7000 лет до н.э.

Представление о работе древнеегипетских металлургов дают росписи гробниц.

На территории Индии люди познакомились с металлами приблизительно в то же время, что и в Древнем Египте. Развитию бронзового литья

культового характера на территории Индии во многом способствовало зарождение и распространение буддизма.

Древний Китай являлся регионом, важным по значимости для развития металлургии в Азии. На рубеже 3000-2000 г.г. до н.э. на территории Китая была известна бронза. В VII веке до н.э. здесь стали выплавлять чугун.

Кавказ уже на заре бронзового века был крупным регионом древнего мира по металлообработке снабжавшим изделиями из металла соседние земли. В III тысячелетии до н.э. в Закавказье по восковым моделям отливались декоративные изделия.

Ранняя культура обработки меди и драгоценных металлов на территории юго-восточной Европы представлена несравненно беднее, чем в рассматриваемых выше регионах. В IV веке до н.э. изготавливали отливки в открытые и закрытые формы.

В античной Греции в классический период (V - IV веке до н.э.) отливались бронзовые статуи божеств, героев, атлетов, которые устанавливались в храмах святилищах, некрополях и на площадях.

В Древней Италии Этруски были искусными литейщиками. Этрусской скульптуре присуще тонко выраженное чувство пластической формы.

Монументальная и станковая скульптура в Древнем Риме периода республики (V - I вв. до н.э.) и империи (I - V вв. н.э.) находились также на высоком уровне. Особенно значительны достижения портретной римской пластики.

В эпоху средневековья (V - XV вв. н.э.) Культура Византии по существу является продолжением римской. Важным центром художественных ремесел стала столица империи - Константинополь, особо искусными были византийские ювелиры. Они сумели развить и качественно по-новому осмыслить традиции эллинистического и позднеантичного ювелирного искусства.

В отличие от Византии развитие стран Западной Европы протекало иначе. Ведущей областью творчества в эпоху средневековья оставалась архитектура, которая оказывала влияние на остальные виды деятельности.

Готика (XII - XV вв.) является периодом высшего расцвета средневековой европейской культуры и ее завершающим этапом.

Период начала XV - середины XVI вв. в истории европейской культуры представляет эпоху Возрождения. Достижения этой эпохи наиболее ярко проявились в Италии. Однако в области изготовления бронзового литья декоративного характера ведущее место принадлежало французским мастерам.

Утверждение принципов классицизма (конец XVIII века) происходило на фоне промышленного переворота и дальнейшего формирования

художественной промышленности. В этот период широко используют чугун, из которого отливают архитектурные детали, предметы интерьера. Стилевые особенности классицизма находят отражение в форме и декоре оловянной посуды.

Для ампира (1790 - 1830-е годы) характерны монументальность, помпезность, пышность форм декора, в котором значительное место занимает воинская тематика.

Важной особенностью творческих поисков мастеров модерна (конец XIX - начало XX веков) являлась их сознательная нацеленность на создание синтетических произведений с использованием художественных возможностей новых конструкций декоративных пластических свойств материалов, в том числе нетрадиционных для искусства. Художник в своем замысле часто шел от технологии обработки металла, подчас именно она подсказывала ему композиционное решение.

Во второй половине XX века вновь появился интерес к художественной ковке. При массовом индустриальном строительстве применение художественного металла должно было несколько оживить общую картину. Художественные изделия этого периода, как правило, изготавливались куз-нечно-слесарными средствами.

Для конца XX века в области декоративно - прикладного искусства характерно создание различных композиций из геометрических фигур. Это дало возможность широко использовать прокат различного сортамента в сочетании со слесарной обработкой и существующими способами сварки. Созданы все предпосылки для широкого применения ЭВМ при изготовлении изделий художественно-прикладного искусства.

Глава 3. Свойства объекта как первооснова современного дизайна.

Человек, обитая в пространстве заполненном предметами материального мира, воспринимает их и окружающую среду одновременно на сознательном (логическом) и бессознательном (чувственном) уровне.

Бессознательное восприятие осуществляется с помощью органов чувств человека и вызывает у него ассоциативное мышление, которое является определяющим при оценке эстетической сущности воспринимаемого объекта. Такая оценка носит субъективный характер, так как каждый человек индивидуален и имеет свой порог чувствительности.

Однако, в соответствии с законами дизайна проектируемое изделие должно быть не только красиво и эстетично, но и быть функциональным, эргономичным, экологически безопасным и т.п. С этой точки зрения объект оценивается с помощью логического мышления на основании комплекса объективных знаний о нем.

Чувственное восприятие является сугубо индивидуально и неповторимо, поэтому оно не поддается какому бы то ни было точному анализу. Его нельзя раскрыть средствами познания, но ему необходимо следовать в процессе создания дизайна будущего изделия.

Сущность чувственного восприятия состоит в том, что оно всегда остается скрытым от сознания и не поддается описанию «законами прекрасного».

Как отмечалось выше, восприятие любого объекта осуществляется человеком через ощущения и познание. Мозг анализирует чувства и знания и делает заключение (вывод), после чего следуют действия.

С точки зрения дизайнерской деятельности придание объекту эстетичности происходит по следующей схеме:

С позиций дизайна разработка проекта любого изделия предполагает решение триединой задачи, а именно, на ряду с разработкой оптимального стиля и эстетики изделия необходимо обеспечить его максимальную функциональность и осуществить рациональный выбор материала и технологии его изготовления. Две последние задачи решаются посредством осознанного логического мышления, на основании объективных данных о свойствах проектируемого изделия и материала, из которого это изделие предполагается изготавливать.

В свою очередь, свойства объекта, будь то материал или изделие в целом, условно разделяют на внешние, воздействующие непосредственно на органы чувств человека, и внутренние - «скрытые», знание которых определяет логическую оценку объекта и степень его изученности.

Одними из основных эстетических характеристик металлического изделия при зрительном восприятии является цвет и блеск.

Цвет - это свойство света вызывать зрительные ощущения в соответствии с длиной волны излучаемого или отражаемого света.

15

Блеск - это свойство материала отражать свет в определенном направлении.

Благодаря глазам человек реагирует на свет, который с физической точки зрения представляет собой электромагнитные колебания с длиной волны от 370 до 760нм. Реагируя по разному на разные длины волн, человеческий глаз воспринимает их как разные цвета, при этом он может различать до 10000 оттенков. В видимом диапазоне длин волн красный цвет соответствует более длинным волнам, а фиолетовый - более коротким. За пределами восприятия человеческого глаза находятся инфракрасные и ультрафиолетовые волны.

Кроме длины волны на визуальное восприятие существенно воздействует интенсивность световой волны.

В зависимости от условий освещения цвет одного и того же материала будет различным, равно как и его зрительное восприятие, которое в свою очередь является определяющим при выборе материала в соответствии с требованиями дизайна изделия.

В большинстве случаев мы видим металлические изделия в отраженном свете. Свет от источника падает на изделие, взаимодействует с металлом и далее, попадая в глаз, вызывает зрительные ощущения. При взаимодействии с металлом изделия свет частично отражается, а частично поглощается им.

Направление отражения света наряду с шероховатостью поверхности определяет блеск металлического изделия. Отражение бывает зеркальным, когда угол падения световой волны равен углу отражения, и диффузионным, когда отражение света происходит в разные стороны.

Звук. При восприятии окружающего мира звук является одной из его важнейших составных частей, определяющих комфортность и эстетичность предметной среды, в которой находится человек.

Основными характеристиками звуковой волны являются амплитуда волновых колебаний и их частота. Человек воспринимает амплитуду колебаний как громкость звука: чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем громче звук.

Частота звуковых колебаний определяет высоту звука, чем больше частота тем выше звук.

Звуковое восприятие предметов окружающей среды определяется соотношением геометрических (форма, размер, толщина предмета) и физических (состав материала, его свойства) факторов.

Звуки, издаваемые металлическими материалами, хорошо воспринимаются человеком и поэтому эти материалы используются в качестве источников возникновения звуковых волн.

Возникновение звука - это появление упругих механических колебаний в результате внешних воздействий, а распространение звуковых волн - это распространение колебаний в сплошных средах. Скорость звука определяется соотношением плотности материала и его модуля нормальной упругости:

где ¥с - скорость звука,

Е - модуль нормальной упругости р - плотность материала.

Скорость звука зависит от среды, в которой он распространяется. В газах она меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, чем в твердых телах.

Распространение звука в металлических материалах с более высокой скоростью, чем в большинстве других сред, связано с высокой плотностью и хорошими упругими свойствами этих материалов.

Осязание Основными осязательными ощущениями являются тактильное, болевое и температурное. Термин тактильное обозначает ощущения, вызванные прикосновением. Они связаны с формой, твердостью предмета, рельефом его поверхности. Осязание дает человеку очень много знаний об окружающем мире и может в отдельных случаях заменить недостаток иных ощущений.

В основе тактильного восприятия металлических материалов лежит комплекс физико-механических свойств.

Плотность металлов зависит от параметров пластичности и прочности, которые характеризуются механическими свойствами.

Рельеф поверхности - это основной фактор тактильного восприятия материалов. Под рельефом понимают совокупность форм поверхности, различающихся по очертаниям и размерам. В зависимости от размеров поверхности, на которой проявляются неровности, их подразделяют на волнистые (> 8 мм), шероховатые (8...0,1 мм) и субмикрошероховатые (<0,1 мм).

Такие эстетические характеристики как запах и вкус в дизайне металлических изделий рассматриваются крайне редко в силу их малой значимости.

Восприятие любого объекта происходит одновременно на чувственном и логическом уровне. При этом интуитивно и осознано оцениваются его внешние и внутренние свойства.

Окончательный вывод об уровне дизайна проектируемого изделия и его соответствия современным требованиям делается на основании анализа факторов, влияющих на повышение уровня дизайна изделия-прототипа.

Различают два основных комплекса таких факторов — функциональный и эстетический.

Очевидно, что целесообразность проектирования и изготовления нового изделия определяется повышением уровня его дизайна. То есть:

Д=Д0 + с1ф + (13

где: Д—дизайн проектируемого изделия; Д0- дизайн изделия - прототипа;

с1ф и с1э — дополнительные факторы качества изделия, улучшающие его дизайн за счет, соответственно, функциональных и эстетических свойств. В общем случае проектирования металлических изделий:

с/ф С^эш ' ^экн ^ ^эрг ^тх>

где: йЭЮ1; с1эки; ёэрР; йтх - улучшение составляющих дизайна, соответственно экологической, экономической, эргономической и технологической.

с13 = с11 + с12 + й3 + с14 + й$ + с1б;

где: с!,; й?2; ^; ; с1*\ ^'-улучшение дизайна за счет изменения соответственно формы и стиля, цвета, звука, тактильного и теплового восприятия, а также изменения запаха и вкуса изделия-прототипа.

*) при проектировании металлических изделий эти факторы рассматриваются крайне редко.

В целом с!э является субъективным фактором и оценивается на основании сформировавшихся в обществе представлений об эстетике рассматриваемого объекта.

Напротив, функциональный комплекс (с1ф) включает в себя факторы, которые, как правило, поддаются количественной оценке и могут быть измерены и сопоставлены с аналогичными параметрами прототипа.

Так, например, для экологического фактора дизайна (с!Ж1) могут быть количественно определены и сопоставлены вредные выбросы в атмосферу при использовании новой и старой технологии; или, наличие и величина того или иного вида излучения при переходе от одного материала к другому, либо от одной технологии к другой. И так далее.

18

Сравнение экономических факторов (йэш) осуществляется при сопоставлении себестоимости изготовления изделия, уровня его долговечности и стоимости эксплуатационных затрат.

Эргонометрические свойства изделия оцениваются уровнем улучшения условий труда при его производстве в системе «человек-машина». Количественно это может быть выражено, например, в снижении уровня шума на рабочем месте, облегчения транспортных операций за счет снижения массы и т.д. Сюда же следует отнести и улучшение удобства использования изделия человеком.

К технологическим свойствам изделия следует отнести «способность» изделия быть изготовленным наиболее производительным методом с наименьшими экономическими затратами, с соблюдением требований экологической безопасности. И так далее.

Таким образом, основные принципы выбора материала и технологии изготовления металлических изделий при их проектировании с позиций дизайна можно сформулировать следующим образом:

1. Дизайн проектируемого изделия не должен быть ниже уровня дизайна изделия-прототипа;

2. Обязательное соблюдение требований экологической безопасности, регламентированных действующими санитарно-гигиеническими нормами, и принципами экологической морали;

3. Повышение экономической эффективности за счет снижения себестоимости, повышения долговечности и снижения эксплутацион-ных затрат;

4. Снижение трудозатрат и улучшение условий труда, повышение комфортности производственной среды;

5. Повышение удобства при использовании и эксплуатации для человека;

6. Изготовление изделия не должно требовать создания принципиально новых средств производства.

Глава 4. Разработка методологических основ выбора материала и технологии в дизайне металлоизделий.

Сравнительная оценка цвета металлических изделий.

Предметно-пространственная среда, в которой мы живем, воспринимается нами как проявление существующей и исторически сложившейся цветовой культуры.

В настоящее время сформировались три основные проблемы цветового проектирования:

первая - необходимость научно-методологического обеспечения цветового проектирования;

вторая - выявление специфики проектирования колористки различных объектов;

третья - создание эстетически оптимального ассортимента материалов.

Исследования цветовых характеристик медных сплавов проведены с целью определения зависимости изменения цвета сплава от количества вводимых легирующих элементов..

Исследования проводились на образцах 0 30 мм и высотой 10 мм с чистотой поверхности Ла=1,6. Содержание олова в образцах находилось в пределах 0 - 20% и цинка - в пределах 0 - 37 %. Выплавка металла производилась в индукционной печи в графито -шамотном тигле. Для изготовления опытных образцов использовался вытряхной чугунный кокиль.

Измерение цвета производилось спектрофотометрическим методом. Обработка результатов экспериментов выполнялась с использованием средств математической статистики.

Спектрофотометрический метод заключается в измерении с помощью спектрофотометра коэффициентов зеркального отражения образца в видимой области спектра (400...750нм) относительно стандартного образца белой поверхности с известными зеркальными коэффициентами отражения.

Измерения проводились с использованием системы регистрации спектров отражения, в которую входит установка СДЛ - 2, представляющая собой спектрофлюориметр, предназначенный для исследования возбуждения и излучения люминиоценции в диапазоне от 200 до 33000 нм.

Для каждого образца был получен спектр отражения и по максимальной длине волны цветового тона была установлена зависимость изменения оттенка сплава от химического состава (таблица 1).

Таблица 1

Результаты измерений

№ Легирую- % содержания Длина

образца щий легирующего волны,

элемент элемента нм

Литье в землю

14 - - 585

10 Бп 5 565

8 вп 15 550

3 вп 20 543

7 гп 5 575

11 25 550

5 Ъл 37 545

Литье в кокиль

13 - - 585

1 вп 5 567

2 8п 15 550

4 Бп 20 545

6 гп 5 570

12 Ъл 25 550

9 гп 37 545

В работе использовался метод статистической корреляции. С его помощью можно численно характеризовать как интенсивность и направление связей, так и степень влияния различных факторов. Для этого был вычислен коэффициент корреляции. Если он равен ± 1, то между случайными величинами существует функциональная, а именно линейная зависимость.

Таблица 2.

латунь

литье Результаты регрессионного анализа Коэффициент корреляции

В землю X =582,08-1,09 Х± 4,47 - 0,9796

В кокиль X =579,73-1,03 X ± 6,16 - 09622

X - содержание цинка в сплаве, % [0.. .37]

бронза

литье Результаты регрессионного анализа Коэффициент корреляции

В землю Х=580,55-1,98 X ±5,32 - 0,9723

В кокиль >.=581,1-1,94 X ±4,78 - 0,9765

X - содержание олова в сплаве, % [0.. .20]

Уравнение регрессии даёт зависимость длины волны от процентного содержания легирующего элемента (таблица 2).

Коэффициенты регрессии являются отрицательными, поэтому с возрастанием аргумента убывают соответствующие условные ожидания.

Дисперсионный анализ указывает на существование вероятности того, что между рассматриваемыми параметрами есть связь, Р меньше чем 0,05 (таблица 3).

Таблица 3.

латунь бронза

Рр Р Рт Рр р Ит

X 0,009 0,929 5,987 X 0,006 0,941 5,987

Рр - расчётное значение критерия Фишера (Р) Рш - табличное значение критерия Фишера (Р)

Р - вероятность того, что между рассматриваемыми параметрами нет связи.

Можно сделать вывод, что при увеличении содержания легирующих компонентов цвет сплавов меняется от красновато-оранжевого до желтоватого с зеленоватым оттенком.

Причём цветовая гамма бронзы и латуни одинаковая при содержании олова [ 0...20], цинка [0...37], что позволяет говорить о взаимозаменяемости этих сплавов по цветовым, т.е. декоративным характеристикам (рис. 1). бронза латунь

тов.

Установлено что скорость охлаждения литого металла не влияет на изменения цветовых характеристик.

Цвет, как трехмерный вектор, определяется заданием в числовом выражении трёх компонент, представляющих собой доли трёх избранных цветов, смешением которых получают данный цвет.

Для компьютерного анализа использовалась модель RGB, в которой каждый пиксель описан тремя значениями, каждое из которых показывает уровень яркости красного (R), зелёного(О) и синего (В) каналов. Цветное изображение получается в результате смешения этих цветов.

С целью выделения основной цветовой составляющей была использована специально разработанная программа.

Непосредственно перед сканированием с лицевой поверхности каждого образца удалялась оксидная плёнка. Сканирование производилось с помощью сканера с разрешающей способностью 1200 dpi. Полученные изображения образцов редактировались путём удаления заведомо дефектных областей. Для этого использовался графический редактор Corel/PhotoPaint.

После определения параметра каждого пикселя информация обрабатывалась и определялась вся цветовая гамма, присутствующая в изображении. Полученные значения подвергались статистической обработке с целью определения среднего значения и среднеквадратичного отклонения.

Корректировка состава цветовой палитры проводилась с учётом выполнения условия: цвет пикселя меньше разности среднего значения и среднеквадратичного отклонения или цвет пикселя больше суммы среднего значения и среднеквадратичного отклонения. Если параметры выходили за допущенный диапазон, то текущий цвет удалялся как ошибочный.

Процесс корректировки заканчивался, когда в цветовой палитре оставался один цвет. Для всех образцов были получены по три числа, описывающие величину каждой цветовой составляющей.

Таблица 4.

№ образца Цвет № образца

Значение R В

1 8953064 232 156 136

2 9478360 216 160 144 jz-

3 9478352 208 160 144

4 9479376 208 164 144 ■ -'?Т:

5 8958184 232 176 136

6 9478376 232 160 144

7 9478392 248 160 144

8 9480416 224 168 144

9 8431832 216 168 128

10 8952048 240 152 136

И 9485544 232 188 144

12 9484520 232 184 144

13 8952056 248 152 136

14 8952056 248 152 136

Таблица 5.

Результаты статистической обработки данных компьютерного анализа об-

Дисперсионный анализ

Источник вариации Рр Р Рт

Я В землю/ в кокиль 0,102 0,761 5,987

й 0,000 1,000 5,987

В 0,000 1,000 5,987

Регрессионный анализ

Литье Коэффициент корреляции

В землю Я = 249,2 -1,92Х + 3,34 0.9880

й = 151,6+ 0.64Х +6,06 0,7628

В = 135,2 + 0,48Х + 1,78 0,9487

В кокиль Я = 245,2 -1,92Х + 3,34 0,9880

в = 152,4+ 0,56Х+0,89 0,9899

В = 135,2+ 0,48Х +1,78 0,9487

Рр - расчетное значение V - критерия Фишера Рт - табличное значение Р - критерия Фишера Р - вероятность того, что между рассматриваемыми параметрами нет связи X - содержание олова в сплаве, % Г 0. 20 ]

Рис. 2. Влияние содержания

олова в сплаве на величину ^

цветовой составляющей:

красный (Я);

зеленый (в); Синий (В)

Аналогичные результаты получены при исследовании латуни.

Таким образом, изменение оттенка сплава от содержания легирующих элементов можно охарактеризовать следующим образом: при увеличении содержания легирующих элементов (Бп, 2п) цвет сплавов меняется от красновато-оранжевого до жёлтого с зеленоватым оттенком. Причём, цветовая гамма бронзы и латуни одинакова при содержании олова от 0 до 20%, цинка от 0 до 37%, что позволяет говорить о взаимозаменяемости этих сплавов по цветовым характеристикам.

Сравнительная оценка акустических характеристик металлических изделий.

Оценка акустических характеристик металлоизделий занимает особое место в их дизайне. Это специфическая область кампанологии - науки о колоколах.

Отдельные направления кампанологии в России начали складываться еще в конце XIX - начале XX века. На Западе это началось несколько раньше. Долгое время колокольные звоны воспринимали всего лишь как бытовой фон. Позднее стали описывать звоны как особое народное музыкальное творчество. И только в начале XX века рядом музыкантов-исследователей были сделаны нотные записи звуковых спектров достаточно большого количества колоколов.

К этому времени сложилось твердое представление о колоколе как о специфическом ударном музыкальном инструменте.

Одним из основных направлений кампанологии является анализ исторического развития колокольного звона. После того, как в нашем государстве изменилось отношение к религии, эта тема стала активно развиваться. В этом направлении проводится много исследований, в том числе и на кафедрах нескольких консерваторий страны.

Проблемы акустики связаны с применением специальной записывающей аппаратуры. Кроме того, традиционная нотная запись не может полностью отразить многообразия тонов колокольного звона.

Вопросы материаловедения, казалось бы, должны занимать одно из основных направлений в кампанологии. Ведь оттого, что представляет собой металл, какова его структура, каковы условия для аккумулирования звуковой энергии и резонирования во времени зависит, так называемый, благовест колокола.

Звук как физическое явление представляет собой гармонические (синусоидальные) колебания воздуха. Объективными свойствами гармонического звука являются: высота, длительность, громкость, тембр, скорость

и дальность распространения.

Звук колокола отличается исключительным своеобразием и обладает наряду с гармоническими обертонами большим количеством негармонических, создающих иногда целую атмосферу определенных тонов, ведущих себя по-разному в различные отрезки времени после удара.

Для колокола важен не основной тон сам по себе, а благозвучие -окраска основного тона другими обертонами. Восприятие тембра колокола зависит не только от количества обертонов, но и от того, в каких интервалах они располагаются по отношению к основному тону и между собой.

Ритм - это организованная последовательность длительности звуков

и пауз.

Темп - скорость движения или частота движения метрических долей.

Темп является более стабильным элементом выразительности в колокольном звоне, чем ритм и громкость. Особенно это касается больших колоколов, в которых раскачивающийся язык подчинен законам маятника. Неправильно выбранный темп может привести к искажению художественного образа.

В настоящей работе воспроизведение звука свободно подвешенного била производили ударом цилиндрического стального ударника, закрепленного на упругой нити и отклоняемого при ударе на заданный определенный угол. В процессе исследования реставрируемого колокола звук создавали ударом языка.

Запись звука и его воспроизведение выполняли с использованием мультимедийного микрофона и динамиков с полосой пропускания 50...16000Гц с использованием программ Gold Wave.

Для определения частот звучания использовали спектральный анализ при помощи прямого и обратного преобразования Фурье. Основное назначение преобразований Фурье - выделить частоты регулярных составляющих сигнала, зашумленного помехами или различные частотные составляющие периодического сигнала.

Для проведения спектрального анализа звуковой сигнал преобразовывали в матричную форму и обрабатывали при помощи пакета прикладных программ Matlab 4.2. Была разработана специальная программа, обеспечивающая автоматическую обработку сигнала с построением графика спектральной плотности.

При разработке акустической модели преследовали следующие две основные цели: идентичность условий записи звуковых колебаний модели для оценки влияния различных переменных факторов и простота изготовления модели.

Использование бил было принято как наиболее удачный вариант решения поставленных задач. Во-первых, изготовление бил значительно проще и дешевле, чем колоколов, во-вторых, била сохраняют стабильность всех акустических характеристик при одном технологическом процессе изготовления. Колокола, изготовленные по одной и той же технологии, часто акустически существенно различаются.

Кроме того, для бил характерны более низкие тона, а меньшая по сравнению с колоколом масса обеспечивает одинаковую силу звучания.

Размеры опытного била установлены с учетом формулы Хладни, которая относится к ударным инструментам с самозвучащим телом.

где: F-частота, 8 - толщина, /- длина,

Е - модуль упругость, р - плотность.

При определении размеров била, кроме того, учитывались рекомендации фирмы «Центавр» (Москва) для стандартных звонниц (таблица 6).

Таблица 6.

Основной тон Толщина (мм) Длина (мм) Ширина (мм)

До 8 385 275

Ми 8 350 240

Соль 8 320 225

Размеры била составили 300 х 200 х 8 мм.

Била изготавливались из колокольной бронзы классического состава (Си -80%, Бп - 20%), исходными материалами были катодная медь марки МО и олово марки 01 п.ч.

Изучение акустических характеристик различных объектов связано с измерениями процессов вибрации. Существует много факторов, которые могут существенно влиять на стабильность получаемых результатов.

Для успешного решения одной из главных задач настоящей работы -разработки надежного технологического процесса реставрации колоколов, необходимо детально отработать методику акустических измерений.

Разработка методики проводилась в два этапа. Вначале ставилась задача опробовать экспериментальную аппаратуру на двух опытных колоколах, отличающихся друг от друга по форме, по материалу и по технологии изготовления.

На втором этапе оценивались характеристики акустической модели после исправления искусственной трещины.

Первый колокол был изготовлен из титанового /?-сплава ТС6 способом пластической деформации - раскаткой. Его состав: Сг -10,5%, У-7,0%, А1 - 3,0 %и Zn- 1,0%. Размеры колокола представлены на рис. За.

Второй колокол также из титанового сплава, но изготовлен литьем. Сплав ВТ5Л с а-структурой содержит 5% А1. Размеры этого колокола приведены на рис. 36.

Схемы измерительного и анализирующего трактов представлены на рис. 4, 5.

Эксперименты проводились в специальной заглушённой камере. Колокола были укреплены на упругой подвеске.

Возбуждение колоколов осуществлялось в импульсном режиме с помощью грузов массой 80 и 10 г. Через резиновую прокладку, которая наклеивалась, были опробованы две точки приложения импульсной силы: по нормали к боковой поверхности и снизу в торце (Рис. 4, Рь Р2)

о о

1 У

< О 200 ! >

а) б)

Рис.3, а) Колокол №1; б) Колокол № 2

Рис. 4. Схема измерительного тракта 1-вибродатчик типа КО-91, 2-микофон МУ-201 , 3-колокол, 4- амортизатор, 5-предварительный усилитель, 6- фильтр нижних частот, 7- фильтр высоких частот, 8-измерительный усилитель , 9-магнитофон

Рис. 5. Схема анализирующего тракта 1 - магнитофон, 2-фильтр, 3-АЦП , 4-ЭВМ

В соответствии с основными правилами акустических исследований определялись во времени значения амплитуды воздушного шума или попросту -звука, и амплитуды колебаний колокола (рис. 6, 7).

Сравнение результатов измерений, полученных при использовании грузов различной массы и при различных точках приложения силы показа-

29

ли, что достаточно применять одну массу (80 г) и удар по нормали к боковой поверхности.

.1,5 -

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 I

Рис. 6. Зависимость амплитуды воздушного шума от времени в момент удара по нормали к боковой поверхности.

Рис.7. Зависимость амплитуды вибрации колокола №1 от времени в момент удара по нормали к боковой поверхности.

На рис. 8 представлены спектральная характеристика воздушного шума колокола № 1 в момент в частотном диапазоне 0...10 кГц.

ч

Рис. 8. Спектральная характеристика колокола № 1.

В качестве одного из основных критериев качества изготовления колоколов используется величина стандартного времени реверберации.

На рис. 9 показано изменение стандартного времени реверберации колокола №1 (а) и колокола №2 (б). Продолжительность реверберации частоты 466 Гц колокола №1 соответствует 47,9 с, а частоты 752 Гц - 9,39 с.

а) б)

Рис. 9 Стандартное время реверберации.

По значению времени стандартной реверберации колокол № 1 можно отнести к разряду элитных.

Точно измерить время реверберации колокола № 2 не удалось. Оно колеблется от 0,2 с до 0,4 с. Это указывает на низкое качество металла. Как показали последующие исследования, колокол имел много внутренних дефектов.

На втором этапе разработки акустической методики исследовали характеристики акустической модели -била (300x200x8мм) из колокольной бронзы.

Пластина подвешивалась на упругой подвеске и возбуждалась с помощью специального молотка. Спектральный уровень воздушного шума

31

пластины в момент удара показан на рис. 10.

Приведенные выше сведения позволяют судить о надежности разработанной методики исследования акустических характеристик исследуемых объектов.

80 |-----

1 40 ^^^

0-----

200 400 600 800 1 000

частота. Гц

Рис.10. Спектральные уровни ВШ пластины №1

Глава 5. Исследование условий реставрации колоколов

При анализе условий развития сварочных напряжений в процессе реставрации колоколов исходили не только из общих положений формирования сварных швов, но и учитывали специфические свойства колокольной бронзы.

По сравнению с железом теплопроводность меди почти в шесть раз выше. По сравнению с другими металлам для осуществления процесса сварки медных сплавов необходим подвод достаточно большого количества тепла. Из-за высокой теплопроводности происходит быстрое охлаждение расплавленного металла и нагретого металла околошовной зоны. По сравнению с железом коэффициент термического расширения меди почти в 1,5 раза выше.

Для анализа развития остаточных сварочных напряжений в настоящей работе использован метод конечных элементов.

Этот метод позволяет решить дифференциальные уравнения, встречающиеся в физике и технике и не имеющие аналитического решения. Основная идея метода конечных элементов состоит в том, что любую непрерывную величину, такую как температура, напряжение или перемещение можно аппроксимировать дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций.

Программный комплекс метода конечных элементов, примененный в настоящей работе, предназначен для решения плоских и ассиметричных задач на базе треугольных элементов. Различные его ветви решают термическую, термодифференциальную и деформационные задачи.

32

I

[ 1М 1 У| Л ¥ I № 1л 1 й 1

Гщг^ у \|у мц

1

В настоящей работе применялись термическая и термодифференциальная ветви комплекса. Термическая ветвь обеспечивает решение температурной задачи для тела с известными теплофизическими характеристиками.

Тепло задается вместе с наложением сварочных проходов — группой элементов, наделяемых реальными свойствами лишь в момент выполнения прохода. Этот прием обеспечивает возможность адекватно оценивать изменения в состоянии конструкции, происходящие вследствие наплавле-ния металла.

В основе решения термической задачи лежит решение нестационарного уравнения теплопроводности:

£¡Т а с1Т. с1 .. с1Т. ^

с— = —0Х —) + — {К —) + Я

Л (Их йх йу (¡у где: с - объемная теплоемкость тела;

1Х;1У -коэффициенты теплопроводности в направления х и у;

Т - температура;

I - время;

О - удельная мощность источника теплоты внутри тела.

1х — 1х+1у—гу-д + А1(Т-Тср) = 0

Граничные условия задаются на части поверхности тела в виде: <ГГ . , (ГГ.

-1х +К-

с¿с <Лу

где: Ау - коэффициент теплоотдачи со стороны поверхности;

/х,/у- направляющие косинусы вектора нормали к поверхности; Гср - температура среды;

q - удельная мощность теплового потока на поверхности тела; либо в виде: Т=Т0

где: Т0 — заданная на поверхности температура.

Метод конечных элементов основан на вариационном подходе, в котором устанавливается, что решение дифференциального уравнения, приведенного выше, с указанными граничными условиями эквивалентно отысканию минимума функционала/:

2

а»

где: V— объем тела;

£ — его поверхность с заданными граничными условиями. При решении задачи используется метод последовательного прослеживания кинетики температурного поля, когда на каждом последующем

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ) БИБЛИОТЕКА | ЬПшИУ * О» Ж м* |

шаге теплового нагружен ия решение находится с учетом полученного на предыдущем. При этом на каждом шаге теплового нагружения расчет сводится к решению системы линейных уравнений.

Физическая модель, используемая в задаче термопластичности, базируется на нижеприведенных уравнениях: а) Закон Гука:

^XX г ху £

"УУ г ~ £

Е

& +54)

Е

Рхх

, — . уг

е.„,=—-:--е„ ,=■

=___е'

Е "в

где: ,, , , ^, - упругие компоненты тензора напряжений;

е1х' е1у'' е%' '" компоненты тензора упругих деформаций;

Е — модуль Юнга; О — модуль сдвига; V — коэффициент Пуассона. б) Теория пластического неизотермического течения:

с1е =с!ее +йе? +с1ес +с1е'

XX XX XX XX

^хх = ¿е'уу + Руу + <&„ + &

с1е =с!ее +с1ер +с1е°

ху ху ху

¿еу1=(1ееу1+с1еру:+аесух

где: еу1 >- компоненты тензора пластических деформа-

ций;

,,<?!;,,есху,есут, - компоненты тензора деформаций ползуче-

сти;

ее — температурная деформация.

При этом полагается, что коэффициент Пуассона при пластической деформации и деформации ползучести равен 0,5.

Тензор приращения пластических деформаций прямо пропорционален девиатору напряжений:

ху

25, "

25, *

где: 8 хх, 8уу, З,,, — компоненты девиатора напряжений;

л,' = -<)2-<)2 ><(< +<)2)

Поскольку при сварочных процессах формирование пластических деформаций, определяющих остаточные сварочные напряжения, происходит при высоких температурах, эффект от упрочнения невелик и поведение материала можно аппроксимировать идеальным упругопластическим телом.

Поставленная задача решалась в следующей последовательности.

Вначале осуществлялась дискредитация области треугольными элементами - строилась сетка конечных элементов. Затем формировался файл, содержащий теплофизические и механические свойства материалов, устанавливалась последовательность выполнения проходов, время ввода тепла. Условия тепловложения определялись с помощью специальной программы.

Термодеформационная задача решалась с помощью специальной программы, разработанной ЦНИИ «Прометей».

Анализ полученных результатов проводился при помощи программы визуализации данных расчета.

Условия формирования сварочных напряжений при реставрации колокола исследовались путем моделирования напряженного состояния ремонтного шва колокола.

Колокол рассматривался как осесимметричная оболочка сложной геометрической формы, выполненная из оловянной бронзы.

Для оценки уровня остаточных напряжений, возникающих при сварке, методом конечных элементов решалась термодеформационная задача обобщенной плоской деформации: предполагалось, что интегральные значения моментов и сил в продольном направлении шва равны нулю:

\\8в{х,уУЫу = О

(х, у)хйхйу = О (х> у)у<1хд.у = О

Поскольку шов лежал в меридиональном направлении, соответствующем распространению трещины, рассматривались кольцевые сечения конструкции для наибольшей и наименьшей толщины.

Ввиду строгой симметричности сечения относительно плоскости, проходящей через продольную ось шва и ось колокола, решалась задача о половине кольца с соответствующим закреплением, обеспечивающем условия симметричности. Сварной шов разбивался на проходы для максимальной и минимальной толщин колокола, которые составляли одиннадцать и пять проходов соответственно. Выбор количества проходов осуществлялся на основании практических соображений, обеспечивающих моделирование многопроходного шва.

Тепловложение подбиралось так, чтобы, с одной стороны, обеспечить полное проплавление металла шва (900 °С), и, с другой, сохранить постоянство ввода энергии на единицу площади прохода. Это условие позволяет оценивать потребное количество энергии при наложении внутренних валиков шва, мало влияющих на распределение температур в основном металле.

При сварке рассматривался наиболее жесткий вариант с практически полным охлаждением конструкции после выполнения каждого прохода в течении 10000 сек. В реальных условиях ремонта, когда шов имеет небольшую длину, этого не происходит, и уже после наложения корневого валика можно говорить о наличии предварительного подогрева. Охлаждение осуществлялось принудительным назначением температуры среды в части кольца, противоположной сварному шву.

В работе рассмотрены два варианта сварки: с предварительным подогревом перед заваркой трещины в колоколе и без предварительного подогрева.

Для выяснения влияния предварительного подогрева на формирование остаточных напряжений была решена задача о сварке кольцевого элемента колокола максимальной толщины без подогрева.

На рис. 11 представлено распределение температур через две секунды после начала тепловложения для первого и девятого проходов.

а) б)

Рис 11 Распределение температуры при сварке кольца максимальной толщины без предварительного подогрева а - после первого прохода: б - после девятого прохода

При имитации тепловложения при сварке энергия вводится равномерно в конечные элементы, соответствующие выполняемом}' в данный момент проходу Температура в нем превышает 1000°С Распространение тепла по самому телу, включая уже наложенные валики, происходит согласно физической модели теплопередачи

Распределение остаточных напряжений для каждого выполненного прохода рассчитывалось при решении термодеформационной задачи, что в результате позволило получить интегральную картину остаточного напряженного состояния колокола при сварке без подогрева

а) б)

Рис 12 Поля остаточных сварочных напряжений кольца максимальной толщины без подогрева

а - поперечная компонента: б - продольная компонента

Поперечная компонента остаточных напряжений по величине, как правило, меньше продольной, поскольку на ее формирование преимущественное влияние оказывает жесткость конструкции в данном кольцевом направлении. обычно достаточно небольшая, как в рассматриваемом сл\ чае В то же время продольная компонента напряжений формируется в достаточно жестких условиях по ограничению перемещений, препятствующих сварочному укорочению

Толщинная компонента остаточных сварочных напряжений оказывается весьма незначительной и потому не рассматривается.

Таким образом, возможный механизм образования дефектов имеет наибольшую вероятность реализации с внутренней стороны на расстоянии 8... 13 мм от корня шва, а также с наружной - на всей поверхности шва, и в основном материале в трехмиллиметровой полосе, прилегающей к линии «

сплавления. Распространяясь в объеме шва, поперечные дефекты могут достичь размеров зоны растяжения - примерно до 25 мм от оси шва.

Полученная картина достаточно типична для сварных соединений с У-образной разделкой.

По поперечной компоненте в корне шва наблюдается некоторое сжатие, достигающее 15 кГс/ мм2. Максимальные напряжения растяжения до 20 кГс/мм2 отмечаются с внешней стороны в районе изотермы разупрочнения материала, находящейся примерно в 7 миллиметрах от линии сплавления в основном металле. Именно этот участок может представлять опасность с точки зрения возможности возникновения продольно ориентированных дефектов. В целом, наружная сторона околошовной зоны растянута остаточными напряжениями до 10... 15 кГс/мм2. Внутренняя сторона колокола в основном подвергается небольшому (до 10 кГс/мм2) растяжению.

Анализ напряжений, возникающих при сварке кольцевого элемента минимальной толщины без предварительного подогрева, показал, что в этом случае картина качественно повторяет картину, полученную при сварке кольца большой толщины. Однако, уровень напряжений здесь заметно ниже.

В работе рассмотрен случай сварки кольцевого элемента максимальной толщины с предварительным подогревом.

Предварительный подогрев при сварке моделировался назначением начальной температуры материала свариваемого колокола в 650°С. После заполнения разделки тело охлаждалось до температуры 20°С за время примерно 10000 секунд медленного охлаждения. Следует отметить значительно меньшее тепловложение, необходимое для реализации плавления металла в решении этой задачи.

Расчет термодеформационной задачи показывает, что поперечные остаточные напряжения в таком случае пренебрежимо малы, поскольку вся конструкция при нагреве была разупрочнена и при медленном охлаждении равномерно по всему сечению остывала без образования градиентов температур, пластических деформаций и напряжений. Напряжения растяжения, не превышающие 15...20 % предела текучести, не могут инициировать разрушение.

Предварительный подогрев при сварке моделировался также назна- '

чением начальной температуры материала в 650°С. После заполнения разделки тело охлаждалось до температуры 20°С за время примерно 10000 секунд.

Расчет термодеформационной задачи показывает, что поперечные остаточные напряжения в данном случае практически отсутствуют, поскольку вся конструкция при нагреве была разупрочнена и при медленном охлаждении равномерно по всему сечению остывала без образования градиентов температур, пластических деформаций и напряжений в условиях значительно меньшего стеснения деформаций, нежели в предыдущем случае. Полученные значения напряжений находятся в пределах точности комплекса конечных элементов (1 кгс/мм2) - их можно считать нулевыми.

Глава 6. Практическое решение задач по выбору материалов и технологии при изготовлении и реставрации художественных изделий из металла.

Основные научные и технологические решения диссертационной работы были использованы при реставрации ряда художественных изделий.

Принципиальная схема реставрационного процесса рассмотрена на примере реставрации металлического декора комода - памятника прикладного и декоративного искусства конца XVIII века.

Первым шагом явилась очистка металлического декора комода от различных загрязнений. Это было выполнено горячей водой с детским мылом и 10 % раствором трилона - Б. Удаление загрязнений производилось жесткой волосяной щеткой. Следующим этапом была промывка деталей в проточной воде с добавлением спирта - ректификата. Окончательно детали тщательно протирались и досушивались с помощью фена.

Для составления художественного проекта недостающих деталей были проведены историко - библиографические исследования с целью поиска аналогов.

Колористические параметры восстанавливаемых деталей определялись по сохранившимся элементам декора.

На выбранном образце готовили поверхность. После окончательной шлифовки обеспечивали уровень шероховатости Ra= 1,6 мкм.

Затем с помощью сканера с разрешающей способностью 1200x2400 dpi определялись значения RGB.

По этим данным можно было выбрать сплав, который по своим колористическим характеристикам был бы точным аналогом сохранившихся деталей. Наиболее близкими оказались сплавы № 4 и № 9.

Из соображений экономической целесообразности был рекомендован сплав Си + 37% Zn.

Размеры утраченных деталей определялись по контурам частично сохранившихся отпечатков на дереве комода.

Были изготовлены пластилиновые детали, с которых были сняты эластичные формы. По этим формам готовили гипсовые модели.

Гипсовые модели проходили дополнительную обработку. Глубина впадин увеличивалась на 10 %, сверлились сквозные отверстия, поверхность моделей покрывалась 3% спиртовым лаком.

Среднеквадратичное отклонение профиля составило 5,73 мкм.

Гипсовые модели использовали для изготовления заготовок методом вакуумно-пленочной формовки. Применялась пленка толщиной 75 мкм, что обеспечило наилучший совокупный результат по параметрам шероховатости и качеству передачи макрорельефа Яа отливок 12,4±0,002 мкм.

Изготовленные отливки подвергались механической обработке, включавшей обрубку, крацевание , чеканку, ручную полировку.

По аналогичной схеме реставрировался целый ряд памятников декоративно-прикладного искусства.

В качестве объекта для проверки и реализации результатов проведенных исследований акустических характеристик металлических изделий был выбран колокол Мариинского театра. Колокол был изготовлен в конце XIX века на заводе В.Орлова в Санкт-Петербурге.

Его размеры: нижний наружный диаметр - 240 мм, верхний диаметр -120 мм, высота -200 мм. Масса колокола - 9 кг.

Химический состав колокола: 5п - 16,9%, РЬ - 1,5%, Хп -1,0%, 8Ь < 0,5%, Ре < 0,05%, N1" < 0,2%, А1 < 0,005%, Мп < 0,005%, Со < 0,2%, Ag < 0,05%, Аб < 0,5%, остальное - Си.

На колоколе образовалась сквозная трещина длиной 100 мм по меридиану вверх от нижнего края.

Произвели У-образную разделку трещины под углом 60°, конец трещины засверлили.

В соответствии с изложенными выше рекомендациями перед заваркой произвели равномерный подогрев колокола. Для этого колокол поместили в стальной ящик (400x600x400 мм), засыпали песком и поместили в печь. Температуру медленно подняли до 650°С и затем выдержали при этой температуре в течение 3 часов.

Заварку трещины произвели аргоно-дуговым способом с помощью вольфрамового электрода. В качестве присадочного материала использовали прутки бронзы БрОФ 6,4-0,4. Параметры электрической дуги: сила тока 200А, напряжение 20В.

После заварки ящик с колоколом сразу же поместили в печь, выдержали там при температуре 675°С в течение 3 часов и затем охладили вместе с печью.

Слуховая экспертиза показала, что отреставрированный колокол

40

имеет приятный, достаточно продолжительный звук светлой окраски. Множество призвуков, появляющихся в момент удара, быстро угасает. В стационарной части звука ощущается тон соль первой октавы. Многосо-ставность подтвердил и спектральный анализ. В качестве преобладающей вначале фиксируется частота 2211 Гц (приблизительно до-диез четвертой октавы). Вскоре она уступает место частоте 395 Гц (соль первой октавы), которая господствует в спектре до полного затухания. Именно она и ощущается слухом.

Выводы:

1. На основании исторического анализа эстетической картины мира во взаимосвязи с научно-техническим развитием человечества разработана концепция комплексного подхода с позиций дизайна к решению практических задач, связанных с дальнейшим развитием и совершенствованием общества.

2. Разработаны основные принципы выбора материала и технологии изготовления металлических изделий с позиций дизайна.

3. Разработана комплексная система свойств и параметров металлических материалов для использования в дизайне изделий художественного и технического назначения.

4. На основании спектрофотометрических измерений колористических параметров определены закономерности изменения цвета медных сплавов в зависимости от их химического состава. Это позволило разработать технологию реставрации декоративно-прикладных изделий с элементами металлического декора.

5. Разработан способ оценки акустических характеристик металлических изделий основанный на спектральном анализе звучания в сочетании с оценкой времени реверберации.

6. Разработана технология реставрации бронзовых колоколов на основании термодеформационного анализа сварного шва.

По разработанной технологии произведена реставрация колокола Мариинского театра.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Книги:

1. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю.. «Художественное литье». /СПб., Политехника 1996 г.

2. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю, Колбасников Н.Г. «Художественная деформация металла». // Издательство СПбГТУ, Санкт-Петербург, 2000 г.

3. Дорошенко С.П., Магницкий О.Н., Могилевский В.Ю., Пирайнен В.Ю.. «История художественного литья». // Издательство СПбГТУ, С.- Петербург, 2002 г.

4. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Пирайнен В.Ю. «Специальные материалы в машиностроении» //п.л. 39, 2, издательство «Химиздат», СПб, 2004 г.

5. Пирайнен В.Ю., «Светопись на металле», // п.л. 13, издательство СПбГПУ, СПб., 2005 г., в печати.

Статьи:

1. Пирайнен В.Ю., Коржицкий A.B. «Влияние некоторых технологических параметров на формирование усадочных раковин при центробежном литье». // Сб. ВОТ, серия 16, вып. 126, 1982 г.

2. Авринский A.B., Рыков С. А., Пирайнен В.Ю.. «Средний импеданс составной конструкции, как источник информации качества». // Сб. «Акустика», Киев, 1987 г.

3. Рыков С.А., Пирайнен В.Ю., Федорова М.В. «Неразрушающий метод контроля технического состояния соединительного слоя в биметаллических отливках» // Сб. ВОТ, серия 16, вып. 6 (12), 1987 г.

4. Новиков A.B., Рыков С.А., Пирайнен В.Ю.. «Виброакустические характеристики составной конструкции как показатель ее эксплуатационной надежности» // Сб. Научно- технические проблемы снижения вибрации и воздушного шума на судах. Ленинград, 1988 г.

5. Рыков С.А., Пименов И.К., Пирайнен В.Ю.. «Диагностика качества соединения составной конструкции по ее импедансу». // Сб. Вибрация и вибродиагностика. Горький, 1988 г.

6. Пирайнен В.Ю., Магницкий О.Н.. «Вибрационные методы диагностики и обработки металла». // Тезисы докладов на международной научно-технической конференции «Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов». С.-Петербург, 1995 г.

7. Пирайнен В.Ю., Магницкий О.Н.. «Организация производства высококачественных колоколов в условиях конверсии». // Сб. «Отечественная и зарубежная техника», вып. 1 (160), С Петербург, 1997 г.

8. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю.. «О реставрации колоколов». // Литейное производство, № 11, 1997г.

9. Пирайнен В.Ю., Магницкий О.Н.. «Колокол из ваграночной бронзы». // Литейное производство, № 9, 1998 г.

10. Magnitsky O.N. et Pirainen V.Y. "Le soudage des cloches". // Patrimoine Campandire, 27, Paris, 1998.

11. Пирайнен В.Ю., Бахрак M.H., Магницкий О.H.. «Технологические особенности реставрации колоколов». // Ярославль, 1998 г.

12. Пирайнен В.Ю., Магницкий О.Н.. «Материаловедение и цвет художественных изделий из металла». // Тезисы научно-технической конференции «Материаловедение и технология обработки материалов». СЗПИ, С Петербург, 2000 г.

13. Пирайнен В.Ю.. «Литографика - новое в декаративно-прикладном искусстве». // Технология художественной обработки материалов, № 3, 2001 г.

14. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю.. «О звучащем металле». // Технология художественной обработки материалов, № 3, 2001 г.

15. Пирайнен В.Ю., Магницкий О.Н.. «Исследование условий возникновения и развития трещин при реставрации колоколов» // Технология художественной обработки материалов, № 3,2001 г.

16. Пирайнен В.Ю.. «Развитие технологических основ эстетики металла». // Материалы первой международной научно-технической конференции «Генезис, теория и технология литых материалов», Владимир, 2002 г.

17. Пирайнен В.Ю. «Новое в литье колоколов». // Тезисы докладов конференции «Колокола православия», Минск, 2002 г.

18. Пирайнен В.Ю. «Развитие технологических и материаловедческих основ эстетки металла", с. 132-134, Тезисы докладов 4-й Всероссийской научно-практической конференции "Литейное производство" 14-16 апреля 2003г., издательство СПбГПУ, Санкг- Петербург, 2003г.

19. Пирайнен В.Ю. «Эволюция эстетического восприятия литого металла в ходе исторического развития общества» // Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра» 22-24 июня 2004 г., с. 244-248, СПбГПУ, Санкт - Петербург, 2004 г.

20. Пирайнен В.Ю. «Развитие эстетики литого металла» // Труды VII Всероссийской научной конференции «Дизайн и технология художественной обработки материалов», Челябинск, 2004 г.

21. Пирайнен В.Ю. «Основы современного дизайна в литейном производстве». //Литейное производство № 5, 2005 г.

22. Пирайнен В.Ю. «Материаловедческие и технологические основы дизайна в литейном производстве». // Тезисы докладов VII Съезда литейщиков России, Новосибирск, 2005 г.

23. Пирайнен В.Ю. «.Реставрация колоколов. История и современность». // Тезисы докладов VI конгрессе этнографов и антропологов России. С.-Петербург, 2005 г.

•П Й40 1

РНБ Русский фонд

2006-4 7741

Пирайнен Виктор Юрьевич

«Матери&човедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий». Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, СЗТУ, 2005 г. 44

РИО СЗТУ, Санкт - Петербург, ул. Миллионная, 5

Подписано в печать 11.05..2005 г. Усл.п.л. 2,5 Уч.-изд.л. 3,4

Бумага типографская

Формат 60x90/16 Тираж 100 Заказ Р1179

Оглавление научной работы автор диссертации — доктора технических наук Пирайнен, Виктор Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАЗВИТИЯ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ ВО ВЗАИМОСВЯ- 5 ЗИ С ЗАКОНАМИ ДИЗАЙНА.

1.1. Материаловедческие и технологические свойства металлов.

1.2. Дизайн литого металла.

1.3. Дизайн деформированного металла.

Глава 2. СВОЙСТВА ОБЪЕКТА КАК ПЕРВООСНОВА СОВРЕМЕННОГО ДИЗАЙНА.

2.1. Чувственное и логическое восприятие.

2.2. Внутренние и внешние свойства материала и их взаимосвязь.

2.3. Основные принципы выбора материала при художественном проектировании металлических изделий.

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ВЫБОРА

МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИИ В ДИЗАЙНЕ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ

3.1. Сравнительная оценка цвета металлических изделий.

3.2. Сравнительная оценка акустических характеристик металлических изделий.

Глава 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЕСТАВРАЦИИ КОЛОКОЛОВ

4.1. Особенности сварки медных сплавов.

4.2. Влияние примесей на качество реставрации.

4.3. Анализ формирования сварочных напряжений.

4.4. Моделирование напряженного состояния ремонтного шва колокола.

4.5. Реставрация колокола Мариинского театра.

Глава 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ВЫБОРУ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕСТАВРАЦИИ ИЗДЕЛИЙ ДЕКОРАТИВНО ПРИКЛАДНОГО 115 ИСКУССТВА.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации2005 год, автореферат по искусствоведению, Пирайнен, Виктор Юрьевич

Все люди - дизайнеры, все, что мы делаем, практически всегда - дизайн, ведь проектировать свойственно человеку в любой его деятельности".

В. Папанек

В своем ежегодном послании Федеральному Собранию президент РФ В.В. Путин заявил, что — «наши цели абсолютно ясны. Это - высокий уровень жизни в стране, жизни - безопасной, свободной и комфортной.»

Решению именно этой задачи посвящена настоящая работа, т.к. дизайн, как осознанный процесс человеческой деятельности, направлен на достижение максимально возможного уровня комфорта среды обитания человека.

В настоящее время дизайн как комплексная междисциплинарная про-ектно художественная деятельность, интегрирующая естественнонаучные, технические и гуманитарные знания является общепризнанным и приоритетным направлением во всех без исключения сферах жизнедеятельности человека, включая производственную.

Будучи хорошо изученными в художественной сфере, законы дизайна остаются лишь осознаваемыми в технике.

При решении вопроса каким быть вновь создаваемому изделию, дизайнер (инженер, художник) стоит перед выбором - из какого материала оно будет изготовлено и по какой технологии.

Еще в середине XIX века выдающийся немецкий теоретик архитектуры и промышленного искусства Готфрид Земпер (1803-1879 гг.) сформулировал проблему связи эстетики и техники. Он показал, что наука, технический прогресс предоставляют в распоряжение художественной практики такие материалы и способы их обработки, которые «еще не освоены эстетически». Он полагал, что временные сроки, необходимые для эстетического освоения нововведений будут постоянно сокращаться из-за все больших разрешающих возможностей техники и все большего художественного опыта накапливаемого с развитием искусств. Однако за полтора века ситуация не изменилась. Темпы роста промышленного производства связанные с освоением новых технологий и материалов значительно опережают сроки их эстетического освоения. Противоречия между красотой и функциональностью продолжают углубляться, особенно в области экологии. Все это происходит по той причине, что до настоящего времени промышленный дизайн не имеет стройной теории эстетики промышленных материалов и технологий, что, в свою очередь, затрудняет подготовку специалистов в области промышленного дизайна.

Проводимые в последние 10-15 лет работы в этом направлении, как правило, решали узкие конкретные задачи и их результаты могут рассматриваться лишь как предпосылки для создания подобной теории.

Исключение составляет работа M.JL Соколовой, в которой впервые предприняты шаги по систематизации знаний о металлах и возможности их использования в дизайне в условиях дифференциального восприятия человеком.

Для дальнейшего развития теории необходимо всестороннее изучение закономерностей и основ материаловедения и технологии металлов с позиции дизайна и эстетического восприятия, с целью открытия как общих, так и частных законов дизайна, позволяющих более осознанно продвигаться по пути освоения и развития окружающего мира.

Необходимость постоянного решения этой задачи определяет актуальность настоящей работы.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ:

Разработка научных материаловедческих и технологических основ дизайна металлических изделий художественного и технического назначения позволяющих оптимизировать процесс их проектирования и изготовления с заданными эстетическими свойствами.

ЗАДАЧИ:

1. Анализ закономерностей развития материаловедения и технологии металлов во взаимосвязи с законами дизайна.

2. Анализ свойств и восприятия металлических изделий как первооснова современного дизайна.

3. Разработка основных принципов выбора материалов и технологии в дизайне металлических изделий.

4. Разработка критериев и математического аппарата для сравнительных оценок металлов по их колористическим и акустическим свойствам, и принципов классификации металлов по этим свойствам.

5. Решение задач по реставрации металлических изделий.

Заключение научной работыдиссертация на тему "Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий"

Основные результаты и выводы:

1. На основании анализа закономерностей развития материаловедения и технологии металлов разработана научно-обоснованная концепция выбора материалов и технологии при проектировании и изготовлении металлических изделий художественного и технического назначения.

2. Исследованы особенности внутренних и внешних свойств металлов и сплавов, и закономерности чувственного и логического их восприятия, позволившие определить основные принципы выбора материалов и технологии в дизайне металлических изделий художественного и технического назначения.

3. В результате впервые проведенных исследований развиты теоретические основы выбора и разработки металлических материалов и технологий для дизайна изделий, позволяющие оптимизировать процесс их проектирования и изготовления с заданными колористическими и акустическими свойствами.

4. Исследованы изменения колористических характеристик медных сплавов (бронза, латунь) в зависимости от химического состава и технологии производства. Установлено, что при увеличении содержания легирующих элементов Sn и Zn цвет сплавов меняется от красновато-оранжевого до желтого с зеленым оттенком. При этом цветовая гамма бронзы и латуни одинакова при содержании олова от 0 до 20% и цинка от 0 до 37%, что позволяет говорить о их взаимозаменяемости по цветовым характеристикам.

Разработана методика измерения колористических параметров, основанная на методах компьютерного моделирования и математической статистики.

5. Проведены сравнительные исследования акустических характеристик сплавов на основе меди и титана, включая амплитуду воздушного шума, амплитуду вибрации изделия, в частности колоколов и бил, а также время их реверберации.

Выявлена принципиальная значимость стандартного времени реверберации на эстетическое восприятие звучания колоколов и бил.

6. Выявлен механизм влияния вредных примесей в акустических сплавах на время их реверберации. Установлено, что присутствие в колокольной бронзе алюминия в количестве более 0,1% приводит к полной непригодности сплава для изготовления бил и колоколов.

7. Разработаны количественные критерии и средства математического анализа для сравнительных оценок металлов и сплавов по колористическим и акустическим свойствам, позволяющие на их основе создать систему классификации материалов по цвету и звуку.

8. Проведен анализ формирования сварочных напряжений при сварке колокольной бронзы. Для анализа использовался метод конечных элементов, позволивший численно решить задачу по определению термодеформационного состояния сварного шва.

На основании проведенного анализа, а также исследования влияния вредных примесей сварочных материалов разработана технология реставрации бронзовых колоколов, которая реализована при восстановлении звучания колоколов Мариинского театра и Псково-Печерского монастыря.

Список научной литературыПирайнен, Виктор Юрьевич, диссертация по теме "Техническая эстетика и дизайн"

1. Михайлов С.М., Михайлова А.С. История дизайна. М.: Союз дизайнеров, 2004, 289с.

2. Папанек В. Дизайн для реального мира. М.: Д.Аронов, 2004, 416 с.

3. Дивненко О.В. Эстетика . М.: Изд. Аз., 1994, 274с.

4. Оксфордская иллюстрированная энциклопедия, том 5, Искусство. М.: Изд. Мир, 2001г.

5. Филипьев Ю.А. Искусство в системе человеческих ценностей. М.: Наследие, 1996, 278 с.

6. Мартынов В.Ф. Мировая художественная культура. Минск: ТетраСи-стемс, 1997, 288 с.

7. Смирнова В.В. Мировая художественная культура. М.: Изд. Аз, 1995, 136 с.

8. Оксфордская иллюстрированная энциклопедия, том 7, Народы и культура, М.: Изд. Мир, 2000 г.

9. Власов В.Г. Стили в искусстве, том 1. СПб.: Изд. Кольца, 1995, 533 с.

10. Магницкий О.М., Пирайнен В.Ю. Колбасников Н.Г. Художественная деформация металла. СПб.: Изд. СПбГТУ, 2000, 256 с.

11. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Материаловедение М.: Изд. МИСИС. 1999, 600 с.

12. Аносов П.П. Собрание сочинений М.: Изд. АН СССР, 1954 г.

13. Тамман Г. Металловедение, Химия и физика металлов и их сплавов. М.: Изд. ОНТИ, 1935 г.

14. Чернов Д.А. Критический обзор статей г.г.Лаврова и Калакуцкого о сталях и стальных орудиях. СПб.: Записки Русского технического общества, №7, 1868, с. 399-440.

15. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. М.: ГИТТЛ, 1954, 411 с.

16. Gibbs I.W. Теория образования новой фазы, Coll. Works, 1928, с.252, 260, 322.

17. Байков А.А. Собрание трудов, т.2: M-JL: Изд. АН СССР, с. 12- 257.

18. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войкун Ф., Материаловедение. СПб.: Изд.: Химия. 2002, 696 с.

19. Байков А.А. Собрание трудов, т.4 M-JL: Изд. АН СССР, 1949, с. 124-137.

20. Федоров Е.С. Наблюдения и опыты по кристаллогинезису: СПб.: Изд. АН СССР, XI, 5, 1901г., 526 с.

21. Тамман Г. Об отношениях между кристаллическим и жидким состоянием. Обзор трудов автора с 1896 по 1902 г на Заседании Русского физико-химического общества 27 декабря 1901 г. СПб.: 1901 г.

22. Курнаков Н.С. Собрание избранных работ, т.1, 1936 СПб.: Изд.: Политехнического института. 1936, 399 с.

23. Шерман А.Д., Жуков А.А., Абдулаев Э.В. и др. Чугун. М.: Изд. Металлургия, 1991,575с

24. Поздняк JI.A. Инструментальные стали. Киев.: Наукова думка, 1996,483 с.

25. Юм-Розери, Дж. Христиан, В. Пирсон. Диаграммы равновесия металлических систем. Под. ред. Селлисского Я.П. М.: Изд. Металлургиздат, 1956 г.

26. Бочвар А.А. Металловедение. М.: Металлургиздат, 1956 г.

27. Бойков А.А. Собрание трудов, Изд. АН СССР, т. 1, M.-JI.: 1948 г.

28. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов, в 3-х томах. М.:Металлургиздат, 1960 г.

29. Давиденков Н.Н. Некоторые проблемы прочности твердого тела. Сб. Академии наук СССР, M-JL: 1956, 386с.

30. Электронномикроскопические исследования структуры сталей и сплавов. Под. ред. КишкинаС.Т. М.: Металлургия, 1969, 181с.33