基于COMSOL的秦兵马俑臂部裂纹应力及修复粘接应力特征有限元分析
CSTR:
作者:
作者单位:

(1.陕西师范大学物理学与信息技术学院,陕西西安 710062;2.陶质彩绘文物保护国家文物局重点科研基地(秦始皇帝陵博物院),陕西西安 710600;3.陕西师范大学材料科学与工程学院,陕西西安 710062)

作者简介:

谭景芳(2000—),学士,陕西师范大学物理学与信息技术学院,E-mail: tanjfsnnu@163.com 通信作者:王成会(1974—),教授,主要从事超声空化和复杂介质内的声传播的理论分析、声场分布模型建立及其应用研究工作,研究方向为声学,E-mail: wangld001@snnu.edu.cn;胡道道(1952—),研究方向为高分子光物理应用、胶体与表界面化学、功能高分子材料等。

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

陕西省重大研发计划项目(2021ZDLSF06-01,2021ZDLSF06-02)资助


Finite element analysis of arm crack stress and adhesive stress characteristics of the Qin Terracotta Warriors using COMSOL
Author:
Affiliation:

(1. School of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China;2. Key Scientific Research Base of Ancient Polychrome Pottery Conservation (Emperor Qinshihuang’s Mausoleum Site Museum), National Cultural Heritage Administration, Xi’an 710600, China;3. School of Materials Science and Engineering, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China)

Fund Project:

  • 摘要
  • |
  • 图/表
  • |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献
  • |
  • 相似文献
  • |
  • 引证文献
  • |
  • 资源附件
  • |
  • 文章评论
    摘要:

    利用秦兵马俑三维扫描点云数据,基于COMSOL软件构建垂臂和持兵器曲肘手臂的实体模型,分析肩关节应力分布以及裂隙存在导致的应力集中现象,研究秦兵马俑肩部裂纹的粘接与修复所需粘接材料特征。对垂臂秦兵马俑,应力主要集中在肩关节下沿,当该位置存在裂隙和裂纹时,其附近可发生超出材料应力强度的突变。利用粘接修复可改善其周围应力分布,降低最大应力值和应力梯度到安全范围。采用环氧树脂材料为粘接材料,对比垂臂肩关节下沿裂隙和持兵器曲肘手臂肩甲部位裂纹修复参数分析发现,小杨氏模量的粘合剂和较厚的粘结层可有效减小修复部位的最大应力值到安全范围,相比而言,材料泊松比变化的贡献较小。在实际的修复中需根据粘接位置的应力特征选择合适的粘接材料来降低粘接附近的Von Mises应力,以减小应力强度因子从而降低二次损伤风险。本研究可为文物的预防性保护和修复提供参考。

    Abstract:

    This study utilizes 3D scanning point cloud data of the Qin Terracotta Warriors to establish solid models of vertical arms and weapon-holding bent-elbow arms using COMSOL software. Stress distribution in shoulder joints and stress concentration phenomena induced by existing cracks are analyzed to investigate the performance requirements of adhesive materials used in repairing shoulder cracks of the Terracotta Warriors. For vertical-arm figures, stress is primarily concentrated at the lower edge of the shoulder joints. When cracks exist in this area, abrupt stress variations exceeding the material strength limits may occur locally. Adhesive repair can optimize the surrounding stress distribution, reducing both maximum stress values and stress gradients to safe ranges. Using epoxy resin as the bonding material, a comparative parameter analysis of lower-edge cracks in vertical-arm shoulders and armor cracks in bent-elbow arms reveals that adhesives with a lower Young’s modulus and thicker bonding layers can effectively reduce maximum stress values at repair sites to safe levels, while the contribution of Poisson’s ratio variations is relatively minor. In practical restoration, appropriate bonding materials should be selected based on stress characteristics of specific repair locations to reduce Von Mises stress near joints, thereby decreasing stress intensity factors and mitigating secondary damage risks. This research provides valuable references for the preventive conservation and restoration of cultural relics.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

谭景芳,李华,王东峰,王成会,王春燕,胡道道,杜维莎,毛小芬,刘江卫,付菲.基于COMSOL的秦兵马俑臂部裂纹应力及修复粘接应力特征有限元分析[J].文物保护与考古科学,2026,(1):112-121.

复制
分享
相关视频

文章指标
  • 点击次数:
  • 下载次数:
  • HTML阅读次数:
  • 引用次数:
历史
  • 收稿日期:2024-04-27
  • 最后修改日期:2025-02-19
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2026-03-12
  • 出版日期:
文章二维码
您是第位访问者
主办单位:上海博物馆 编辑出版:《文物保护与考古科学》编辑委员会
地址:上海市徐汇区龙吴路1118号,上海博物馆文物保护科技中心,《文物保护与考古科学》编辑部
电话:021-54362886 传真:021-54363740 E-mail:wwbhykgkx@163.com
文物保护与考古科学 ® 2026 版权所有
沪ICP备10003390号-3
沪公网安备 31010102005301号