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力學知識？

石材產品設計師

石材設計

當設計師看到這個文章標題時肯定是“丈二和尚摸不著頭腦”？設計師有必要懂點簡單的力學知識嗎？

筆者撰寫該篇文章是基于近期不斷接到的一些朋友抱怨加工的產品太大，及筆者在一些工廠看到的超大規格產品后想到從“力學知識”闡述設計師設計大規格產品的弊端，改變設計師設計的理念，從力學的角度設計合理、合適的石材產品規格，以使設計師們的石材產品設計符合石材的力學特性，方便石材的加工、安裝，確保石材產品的安全。

力學作為物理學的一個分支，其應用范圍極其廣，不僅應用在航天、航空、建筑建設、橋梁、隧道、水利等各個方面，就是產品設計、產品制造，生活各個方面也需要應用到力學知識。凡受過教育，即使是小學教育的人都直接、間接地接受過力學知識。如幾乎人人知道浮力的知識、尤其是愛游泳的人，猶其知道浮力的知識。一些不會游泳的人為防止入水后不會下沉被水淹，就會套上一個游泳圈。

巨大的飛機能夠在萬米高空中安全飛行，數十萬噸的輪船能夠航行在碧波蕩漾波濤洶涌的大海上，利用的就是浮力原理；還有我們許多的人很小的時候就接觸到桿杠原理，懂得利用桿杠原理達到省力的目的。如果設計這些產品時不是從力學的原理出發，利用力學的原理設計，至今人類也不可能制造出這些交通工具。

二千一百九十年前古希臘的阿基米德狂妄地稱“給我一個支點，我能撬起整個地球。”憑一己之力能撬起地球，不是開玩笑吧！不是他真有什么神力，或上帝的幫助，而是他懂得力學的原理，找到了撬起地球的竅門和方法。

牛頓三大定律從上初中就學習，這是自然界中普遍遵守的定律，也與我們的生活相關，也是解決工程領域中物體受力分析的基礎，也是各種產品設計時分析其受力，計算其強度的基礎。

牛頓第一運動定律：孤立質點保持靜止或做勻速直線運動。

牛頓第二運動定律：物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

牛頓第三運動定律：相互作用的兩個質點之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

筆者摘抄一段李超德著的《設計著是美的》這本書里的一段文字：“烏爾姆很快校長又換了，換成了阿根廷畫家托馬斯·馬爾多納，這個人不一樣，在他的手上，烏爾姆經歷了一場徹底的變革，這也可以講為我們設計教育樹立了又一個光輝典范。1957年，這個阿根廷畫家開始擔任校長他采取了什么措施？聘請了數學工科學科、邏輯分析學科的教授給學生上課。你看它的基礎已經完全變了，他不在藝術學生當中招生，他就是招的工程學科的學生，請數學、系統學、邏輯工程學科的教授授課，來取代原有的那批繼承了包豪斯美術訓練課程的教學方式，所以，他的改革是革命性的。……沒有科學意識，沒有科學崇拜，就沒有辦法來理解未來設計，科學、技術的一種信仰，光講人沒有用，當然，這個時代人文也要，我們也缺。但是對未來的設計、設計美學而言，單純講人文很空泛，那也是羅曼蒂克。

從事設計的人員沒有不知道包豪斯和烏爾姆的吧！如果不知道，設計的基礎知識也太貧乏了。從上面這段文字不難明白一個道理：從事產品設計的人已經不再是懂點藝術，精通美術，繪畫就可以了，未來的設計師要懂得工科的知識，科學理論的知識才能做好產品設計！

實際上從事石材產品的設計還真要懂點石材知識。因為石材的理化性質里本身包含著一些力學性能的指標：

線膨脹系數：表示材料膨脹或收縮的程度。在溫差變化大的地區，大規格石材產品設計必須考慮石材及其它材料的線膨脹系數，設計產品間縫隙。

干燥壓縮強度：石材在干燥狀態下抵抗壓力的能力。當石材的厚度過薄時，石材產品的干燥壓縮強度是否能夠滿足強度要求，稍微受力就破損了？

抗彎強度： 石材在干燥狀態下抵抗彎矩的能力。當石材產品的厚度薄、長度長的時候，它的強度是否滿足抗彎強度的要求，是否在風載、震動，其它外力的情況下不堪一擊呢？

剪強度：剪切強度又稱剪切強度，是材料剪斷時產生的極限強度，反映材料抵抗剪切滑動的能力。

比重、密度：石材的比重指單位體積的重量；石材的體積密度指單位體積石材的質量，單位為kg/m3（千克/立方米）。石材的密度大小在一定程度上反映出石材的力學性質情況。如何計算一件石材產品的質量（重量）這是必須要明白的基本知識。

壓力：是指發生在兩個物體的接觸表面的作用力。

硬度：指石材抵抗某種外來機械作用力的能力。硬度與石材的化學成分、礦物成分、石材的結構構造有關。設計臺面板產品不考慮硬度的要求，這種臺面板沒多長時間就會變得面目全非了！

撓度（變形量）：撓度是在受力或非均勻溫度變化時，桿件軸線在垂直于軸線方向的線位移或板殼中面在垂直于中面方向的線位移。大規格石材產品設計時必須考慮撓度的要求。臺面板產品和石材鋁蜂窩復合板時必須考慮撓度這個力學參數。

應力集中：指物體中應力局部增高的現象，一般出現在物體形狀急劇變化的地方。設計開口、開孔的石材產品時必須考慮應力集中才能設計好符合要求的石材產品。

在力學的學科中有門叫“材料力學的”的學科，研究的就是材料的力學性質。石材是一種特殊的建筑材料、產品材料其同樣遵守材料力學里的定理、定律、基本原理。材料力學的研究涉及制造產品的一切材料，同樣適合石材產品的設計和制造。

在建筑裝飾工程石材應用技術規范中涉及到許多的力學計算。

如果哪位設計師說我不需要懂得簡單的力學知識一樣能夠設計出好的石材產品。筆者只能說這是一位無知，而自以為是的設計師，難以設計出科學合理、安全保障、成本合適，高質量的石材產品。

能夠設計出好的石材產品設計師是系統掌握各種學科基本理論，學科知識的設計師，當然也包括掌握一定簡單力學知識的設計師！

作者：晏輝