Determining the Presence of a Stress-Free State in Panel Paintings Through Numerical Modeling and Experimental Tests on Historical Artworks
本研究通过使用耦合热湿力学模型与实验数据，证明了深度开裂的漆层在典型储存条件下表现出可观测的零应力水平，从而验证了博物馆关于历史木板画会在其长期平均相对湿度下适应至无应力状态的假设。
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人们通常认为博物馆是安静、静态的场所，艺术品在其中处于完美的静止状态。然而实际上，其中的物体一直在呼吸，随着周围空气的变化而膨胀与收缩。这在木板画（panel paintings）中尤为明显，因为这类作品是在木质底板上覆盖了一层颜料和底料。木材是一种“活”的材料，它会吸收空气中的水分而膨胀，也会在干燥时收缩。然而，颜料层却是脆性的，并不容易随之移动。几十年来，修复人员一直基于一个令人宽慰的假设：如果一幅画在博物馆中保存了很长时间，它最终就会“安顿下来”。他们相信，在房间的平均湿度水平下，绘画会处于一种完全放松的状态，内部不会有拉力或推力作用于颜料层。这一理念构成了现代博物馆气候指南的核心，即建议保持湿度稳定在某个特定的平均值附近，而不是试图维持一个单一的、完美的数值。但直到现在，还没有人能真正证明这种无应力状态确实存在，或者它是否与长期平均湿度相一致。
来自意大利、波兰和美国的科研团队着手利用六幅来自佛罗伦萨的历史性木板画来测试这一沉默的假设。他们不仅仅是用肉眼观察这些画作；相反，他们将这些艺术品视为可以被测量和建模的“生命系统”。团队将这些画作置于一个气候实验室内，在那里他们可以精确控制湿度，使其在 53% 到 60% 之间循环。他们在木板背面安装了灵敏的仪器，以测量极其微小的形状变化，记录木材在空气变湿和变干的过程中是如何发生翘曲或弯曲的。为了理解所观察到的现象，他们建立了一个复杂的计算机模型，用以模拟木材和颜料的物理特性。这个模型非常独特，因为它考虑到了旧颜料层通常存在裂纹的事实。研究人员推论，当木材膨胀时，它会拉扯颜料，从而撑开现有的裂纹；当木材收缩时，颜料会被挤压，从而使这些裂纹闭合。这种开合过程改变了颜料层对木材而言的刚度，产生了一种计算机可以读取的机械特征。
结果显示，根据表面状况的不同，画作的表现存在明显差异。六幅画中的三幅表现出完美的对称性：在空气变湿时弯曲的程度与空气变干时弯曲的程度相同。这些画作仅具有细微的表面级裂纹（被称为“开裂纹”，craquelure），这种裂纹位于完整的底料层之上。对于这些作品，颜料层在整个循环过程中保持刚性和不变性，计算机模型无法定位出应力消失的具体时刻。然而，另外三幅画则讲述了不同的故事。这些作品拥有贯穿整个颜料和底料层的深层裂纹，有时甚至导致颜料层从木头上剥离。当这些画作暴露在湿度循环中时，它们在空气变湿和变干时的表现各不相同。计算机模型显示，这种不对称性是因为裂纹在开合，从而改变了颜料层的刚度。通过分析这种偏移，研究人员能够识别出一个特定的循环点，在这一点上，颜料既不受拉扯也不受挤压。他们称之为“零应力水平”。
至关重要的是，对于表现出这种行为的三幅画作，其零应力水平恰好落在它们接受测试的湿度范围内，这也与它们在博物馆存放数十年的长期平均湿度相吻合。这一发现首次提供了定量证据，证明这些艺术品确实已经适应了它们的环境。那些经历了数个世纪的不稳定气候和过去粗暴搬运而形成的深层裂纹，实际上让绘画得以“放松”。裂纹起到了泄压阀的作用：当木材膨胀时它们张开，当木材收缩时它们闭合，从而防止了危险内部力量的积聚。研究人员发现，这些画作不需要产生新的损伤就能达到这种状态；原有的损伤已足以让物体在平均湿度水平下找到平衡。
这一发现证实了保护界长期以来的一个信念，但增加了一个至关重要的细微差别。它表明，长期存储在稳定环境中的绘画很可能处于一种平衡状态，即颜料中的应力在房间的平均湿度下降至最低。这并不意味着这些画作是不可摧毁的，但这意味着它们已经适应了当前的环境。这项研究暗示，将这些艺术品移动到另一个环境——即使是根据标准保护规则来看技术上“更好”的环境——也可能是冒险的。如果一幅画已经在 55% 的湿度下达到了应力释放状态，那么将其转移到另一个平均湿度（哪怕只是轻微的变化）的环境中，都可能会破坏这种平衡并导致新的损伤。该研究验证了物体可以达到一种“静止”状态的想法，但也强调了这种静止是针对每一件作品的历史和裂纹而言的。这些发现为看待博物馆气候提供了一种新视角，表明长期平均值不仅是一个方便的目标，更是这些脆弱物体感到最“舒适”的实际平衡点。
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