家具擱板許用彎曲程度視覺感知評價

陳敏珊，關(guān)惠元

(南京林業(yè)大學(xué) 家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇 南京 210037)

近年來，由于裝修頻率的增加、消費能力的提升、審美要求的日趨嚴(yán)格，家具的更替速度由數(shù)十年變?yōu)樗闹廖迥闧1]。消費者在短期內(nèi)更換家具，往往不會是因為家具達到了力學(xué)承載的極限，而是家具外觀不再滿足其要求。既往研究大多側(cè)重于探討擱板的承載極限和承載結(jié)構(gòu)[2-3]、擱板尺寸[4]、不同擱板連接件[5-7]和增強位置[8-9]對擱板承載效應(yīng)的影響。如郭兆霞等[10]研究了不同擱板補強結(jié)構(gòu)的破壞載荷和破壞形態(tài)；朱婧等[11]探討了書柜擱板的新型抗彎結(jié)構(gòu)；夏興華等[12]對擱板及柜體結(jié)構(gòu)進行了力學(xué)性能分析。而在實際生活中，人們還常會從非力學(xué)的角度判斷擱板是否彎曲變形，即通過眼睛觀察擱板彎曲程度，判斷其變形量是否超出心理接受范圍。擱板作為柜類家具的主要承重部件，不僅要求能夠承受預(yù)定載荷，而且承載時也不能產(chǎn)生較大變形，以免影響家具外觀質(zhì)量。

為此，本研究通過視覺感受試驗，研究受試者對不同彎曲程度擱板的心理接受范圍，以期從非力學(xué)角度，為擱板結(jié)構(gòu)設(shè)計提供許用彎曲程度的有效參考。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗變量

擱板長度分別為350、550、750、950、1 150 mm。擱板承載后的彎曲程度B用擱板中心位置的最大撓度[13]與擱板長度之比表示。

(1)

式中，B為擱板承載后的彎曲程度(‰)；δ為擱板中心位置的最大撓度(mm)；A為擱板長度(mm)。

參照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[14-16]擱板彎曲程度取0.5‰～6.0‰，每0.5‰一個間隔共12個水平，每種長度的擱板都有12種不同的彎曲程度。具體試驗安排如表1所示。

根據(jù)表1可知，60組試驗條件的擱板最大撓度在0.175～6.900 mm。對于短擱板-小彎曲程度的試驗條件，擱板最大撓度差別很微小，如長度為350 mm的擱板，當(dāng)彎曲程度為0.5‰、1.0‰時，擱板最大撓度分別為0.175、0.350 mm，如此微小的差別在試驗操作上有相當(dāng)大的難度，精度上也難于保證。因此，本研究借助計算輔助繪圖技術(shù)，在紙上按1∶1的比例繪制出60組不同試驗條件的擱板圖形，圖形內(nèi)填充黑色，背景色為白色(圖1)，圖形高度為18 mm，模擬擱板厚度；圖形寬度分別為350、550、750、950、1 150 mm，模擬擱板長度；圖形邊緣弧線模擬擱板承載后的彎曲程度。

表1 試驗設(shè)計

圖1 擱板圖形示意

1.2 受試者

受試者為在校學(xué)生，共237名，來自全國27個省市自治區(qū)。其中男性81人，女性156人，年齡在19～26歲，平均年齡為21.4±1.8歲，身高在1 525～1 880 mm，視力正常或矯正視力后能在2 300 mm內(nèi)清晰視物。

1.3 試驗方法

試驗方法如圖2所示，將繪制好的擱板圖形粘貼在墻板上，受試者站在一定的距離正視觀察擱板圖形。光照條件參照GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[17]中對實驗室及起居室的照度要求，確定為300 lx。

圖2 測試方法示意圖

在實際生活中，人可能站在不同的距離，不同的角度觀察處在不同高度的擱板，要確定出某一個與實際情況相一致的觀察距離和高度，來代表實際生活中人觀察擱板的所有條件有難度。本研究結(jié)合常見居住空間尺度[18]和確保最長的擱板試樣也能處在受試者觀察的舒適視野內(nèi)[19]，采用2 300 mm作為觀察距離。考慮到人的輕松自然視線為微微向下的特點[20]，擱板試樣高度取1 514 mm，保證受試者的觀察視線均處在輕松自然視野內(nèi)。

為了敘述方便，以下將“擱板圖形”，簡稱為“擱板”。受試者按照“無變形”“輕微變形”“嚴(yán)重變形”3個等級，對擱板的變形程度做出判斷。無變形為受試者目視擱板后，看不出擱板有變形。輕微變形為受試者目視擱板后，認(rèn)為擱板有變形，但變形程度尚能接受。嚴(yán)重變形為受試者目視擱板后，認(rèn)為擱板變形程度大到不能接受。最終實驗結(jié)果以百分比形式表示受試者的判斷。

2 結(jié)果與分析

2.1 擱板彎曲程度感知結(jié)果

表2為237名受試者對60組不同彎曲程度擱板的視覺感知判斷結(jié)果。由表2可知，彎曲程度在0.5‰～3.0‰時受試者感知到“輕微變形”的百分比逐漸增加，并在3.0‰處達到100%；而受試者對“嚴(yán)重變形”情況的感知從3.5‰處才開始。故分2個部分討論擱板長度對視覺判定結(jié)果的影響。如圖3(a)所示，第1個部分為彎曲程度在0.5‰～3.0‰，受試者視覺判定結(jié)果由“無變形”逐漸轉(zhuǎn)向“輕微變形”。如圖3(b)所示，第2個部分為彎曲程度在3.5‰～6.0‰，受試者中對擱板變形做出“嚴(yán)重變形”判定的比例逐漸增多。

圖3(a)的縱坐標(biāo)是感知到“輕微變形”的受試者百分比。由表2和圖3(a)可知，擱板的彎曲程度在0.5‰時，絕大部分受試者對5種長度的擱板均感知不到變形，僅有0.84%的受試者感知到550、750、950 mm 3種長度的擱板有“輕微變形”，1.27%的受試者感知到1 150 mm長度的擱板有“輕微變形”。擱板的彎曲程度為1.0‰～2.5‰時，在同樣彎曲程度下，感知到“輕微變形”的受試者百分比隨著擱板長度的增加而增高。擱板的彎曲程度為3.0‰時，所有受試者對5種長度的擱板均感知到“輕微變形”。

表2 擱板彎曲程度判斷結(jié)果

圖3(b)的縱坐標(biāo)是感知到“嚴(yán)重變形”的受試者百分比。由表2和圖3(b)可知，擱板的彎曲程度在3.5‰時，絕大部分受試者對5種長度的擱板均感知不到“嚴(yán)重變形”，僅有0.42%的受試者感知到550、750 mm 2種長度的擱板有“嚴(yán)重變形”，1.27%的受試者感知到長度為950 mm的擱板有“嚴(yán)重變形”，1.69%的受試者感知到長度為1 150 mm的擱板有“嚴(yán)重變形”。擱板的彎曲程度為4.0‰～5.5‰時，在同樣彎曲程度下，感知到“嚴(yán)重變形”的受試者百分比隨著擱板長度的增加而增高。擱板的彎曲程度為6.0‰時，受試者們對5種長度的擱板均感知到“嚴(yán)重變形”。對于圖3中，彎曲程度為1.0‰～2.5‰和4.0‰～5.5‰時，在750 mm長度擱板處出現(xiàn)的百分比增加現(xiàn)象，可能與人眼中央凹[21]的有限視物范圍及受試者觀察視距有關(guān)，還需進一步驗證。

圖3 擱板長度對視覺感知結(jié)果的影響

2.2 擱板許用彎曲程度的確定

圖4為受試者對不同擱板彎曲程度視覺感知結(jié)果的頻數(shù)分布圖，其可以更加直觀地區(qū)分受試者的視覺感知邊界，進而確定擱板的許用彎曲程度。

由圖4可知，根據(jù)“無變形”“輕微變形”“嚴(yán)重變形”的受試者百分比，可以將彎曲程度劃分為A、B、C 3個區(qū)域。彎曲程度在3.0‰及以下為A區(qū)域，彎曲程度在3.5‰～4.0‰為B區(qū)域，彎曲程度在4.5‰～6.0‰為C區(qū)域。

圖4 視覺判定擱板彎曲程度的3區(qū)域

在A區(qū)域中，受試者對擱板變形情況做出的判定全部在“無變形”和“輕微變形”范圍內(nèi)，說明擱板的變形程度均處于受試者尚能接受的范圍內(nèi)。

在B區(qū)域中，受試者對擱板變形情況做出的判定基本為“輕微變形”，但彎曲程度在3.5‰時，已經(jīng)有少部分受試者感知到550、750、950、1 150 mm 4種長度的擱板有“嚴(yán)重變形”。總體來說，B區(qū)域中做出“嚴(yán)重變形”判定的受試者很少，比例在0.42%～9.70%，說明在此區(qū)域內(nèi)，絕大部分?jǐn)R板的變形程度還處于受試者尚能接受的范圍內(nèi)，極少部分?jǐn)R板的變形程度已經(jīng)超出受試者接受范圍。

在C區(qū)域中，受試者對擱板變形情況做出的判定全部在“輕微變形”和“嚴(yán)重變形”范圍內(nèi)。其中彎曲程度在4.5‰時，判定“嚴(yán)重變形”的受試者比例在20.25%～33.33%；彎曲程度在4.5‰～5.5‰時，判定“嚴(yán)重變形”的受試者比例在51.05%～91.14%；彎曲程度為6.0‰時，判定“嚴(yán)重變形”的受試者比例均為100.00%。由此可見，在C區(qū)域中，判定“嚴(yán)重變形”的受試者比例由20.00%左右逐步增加到100.00%，說明絕大部分?jǐn)R板的變形程度基本已經(jīng)大到不能接受。

3 結(jié)論

本研究為了確定擱板許用彎曲程度，在不破壞擱板的前提條件下，采用視覺感受試驗的方法，探討了如何從視覺感知的角度判斷擱板彎曲程度是否超出受試者的心理接受范圍。

1)隨著擱板長度的增加，感知到擱板“輕微變形”和“嚴(yán)重變形”的受試者比例增加。

2)本研究得出的結(jié)果認(rèn)為擱板許用彎曲程度不應(yīng)超過3.0‰，這與秦正德等[22]的研究結(jié)果相一致。可以將3.0‰、4.0‰分別作為擱板許用彎曲程度的一級指標(biāo)和二級指標(biāo)，對擱板的變形限定要求高時，建議采用一級指標(biāo)，對擱板的變形限定要求稍低時，建議采用二級指標(biāo)。

本研究的應(yīng)用價值體現(xiàn)在以下幾個方面：可避免柜類家具的直覺設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計[23]，為擱板結(jié)構(gòu)設(shè)計和變形檢驗提供定量依據(jù)；擱板許用彎曲程度指標(biāo)的提出，能在前期設(shè)計階段保證產(chǎn)品質(zhì)量，延長產(chǎn)品生命周期，最大化實現(xiàn)家具可持續(xù)設(shè)計效益[24-25]；能在后期生產(chǎn)階段根據(jù)不同層級指標(biāo)合理規(guī)劃制造材料，降低產(chǎn)品成本。

在本研究中，只討論了無彩色擱板的端面幾何形狀對受試者視覺感知的影響，后續(xù)會對擱板色彩進行大致分類，進一步探索擱板色彩是否對受試者變形判斷有較大影響。