多層箔片超聲焊接的摩擦能量耗散機(jī)理及影響因素研究

在金屬超聲波焊接中，焊頭在一定的焊接力下壓緊并抓持被焊金屬箔片.焊接開始后，焊頭沿水平方向發(fā)生頻率為20 kHz的振動(dòng)，振幅通常在20 μm左右.由于焊頭上凸起的焊齒嵌入被焊金屬箔片中，所以各層箔片會(huì)隨焊頭發(fā)生水平振動(dòng)，接觸面則產(chǎn)生劇烈的高頻摩擦，并伴隨溫度升高.已有研究中，關(guān)于超聲焊接的主要接合機(jī)理有兩點(diǎn)：① 接觸面附近的材料受到高溫軟化和聲致軟化的共同影響，在外載荷作用下發(fā)生塑性變形，進(jìn)而形成機(jī)械嵌合；② 高溫加快了金屬原子的運(yùn)動(dòng)速率，相鄰被焊箔片之間原子互相擴(kuò)散，形成原子鍵合.在此過(guò)程中，溫度始終未達(dá)到金屬的熔點(diǎn)，因此非常適合焊接多層、薄片和異質(zhì)金屬.例如，在鋰電池的極片和極耳連接、太陽(yáng)能電池以及微細(xì)電子元件的制造中均有廣泛應(yīng)用.但是，由于超聲能量自上至下傳遞并逐層衰減，當(dāng)焊接對(duì)象層數(shù)較多時(shí)，各接觸面的受載情況、摩擦行為以及各界面摩擦耗散能量差異顯著.接觸面的摩擦耗散能量直接影響接觸面的產(chǎn)熱和材料軟化，不一致的摩擦能量耗散會(huì)導(dǎo)致各界面的固相連接程度不同，無(wú)法達(dá)到較高的焊接質(zhì)量一致性.因此，有必要研究多層箔片超聲焊接過(guò)程中各界面的受載狀態(tài)和摩擦行為，分析各接觸面的摩擦能量耗散情況，為工藝優(yōu)化和調(diào)控提供理論依據(jù).

根據(jù)上述過(guò)程，建立反沖質(zhì)子磁譜儀中子能譜測(cè)量的帶電粒子輸運(yùn)計(jì)算模型和程序。反沖質(zhì)子磁譜儀性能模擬流程，如圖2所示。

粗糙接觸面滑動(dòng)摩擦能量耗散的研究表明，接觸面的摩擦能量耗散與法向載荷(焊接力)、切向載荷(超聲振動(dòng))均存在顯著相關(guān)性.郭利等將黏著剪切強(qiáng)度引入分形理論，利用有限元研究了界面滑動(dòng)速度、法向載荷對(duì)摩擦能量耗散的影響，結(jié)論表明法向載荷的增大會(huì)增加能量耗散，而切向滑動(dòng)速度會(huì)影響界面黏著效應(yīng)，間接影響能量耗散.在超聲焊接中，焊接力通過(guò)焊齒加載在試樣上表面，各接觸界面上出現(xiàn)集中分布的法向壓應(yīng)力，隨后焊頭產(chǎn)生切向的超聲振動(dòng)，帶動(dòng)最上層的試樣發(fā)生切向運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)試樣間的相互摩擦力將切向運(yùn)動(dòng)向下傳遞.在此過(guò)程中，兩種載荷在多個(gè)接觸面呈現(xiàn)不均勻的分布，使得各接觸面的摩擦行為變得復(fù)雜.且由焊齒產(chǎn)生的應(yīng)力集中會(huì)使粗糙彈性體發(fā)生退讓接觸，載荷作用位置以外的彈性體會(huì)發(fā)生翹曲，進(jìn)而分離，將影響接觸面的摩擦狀態(tài)，需在摩擦能量耗散的計(jì)算中給予考慮.根據(jù)Cattaneo-Mindlin接觸理論，法向加載在引起接觸面積改變的同時(shí)，也會(huì)使接觸界面上形成切應(yīng)力，接觸界面的部分區(qū)域的切向力大于最大靜摩擦力，將發(fā)生相對(duì)滑移；部分法向受載較大的區(qū)域，切向力小于最大靜摩擦力，處于黏結(jié)狀態(tài)，接觸界面各處所能承受的最大靜摩擦力由此處的法向應(yīng)力和摩擦因數(shù)決定.多數(shù)學(xué)者采用有限元仿真法(FEM)研究接觸界面的摩擦行為.Ahn等初步研究了循環(huán)載荷下兩彈性體的單一接觸界面黏結(jié)-滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律，利用FEM模擬了法向載荷循環(huán)加載、卸載下的接觸界面摩擦行為，將接觸界面分為黏結(jié)、滑移、分離三類區(qū)域，并且分析各區(qū)域面積隨載荷的變化.Lee等進(jìn)一步引入切向的循環(huán)力載荷以模擬超聲波焊接過(guò)程中的金屬箔片受力狀態(tài)，利用FEM對(duì)比分析不同法向力、切向力組合下的界面黏結(jié)、滑移區(qū)域改變以及能量耗散情況，發(fā)現(xiàn)法向載荷對(duì)接觸界面的摩擦能量耗散有顯著影響.在超聲馬達(dá)研究中，Qu等利用MATLAB對(duì)界面黏結(jié)-滑移特征進(jìn)行建模，仿真分析超聲馬達(dá)中的高頻摩擦行為.但目前研究的對(duì)象集中于單一接觸界面，被抽象為彈性體和剛性體接觸，沒(méi)有考慮塑性變形引起的接觸狀態(tài)變化.而在多界面摩擦中，各接觸面上的黏結(jié)-滑移狀態(tài)存在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化，仍有待進(jìn)一步研究.

本文采用FEM對(duì)多層金屬箔片的超聲波焊接過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真研究.首先，建立多層金屬箔片受法向、切向綜合載荷作用下發(fā)生摩擦的簡(jiǎn)化二維模型，對(duì)比分析法向加載和切向循環(huán)加載時(shí)不同接觸面的摩擦行為，仿真計(jì)算多種載荷工況下各接觸界面的黏結(jié)-滑移區(qū)域分布及轉(zhuǎn)化規(guī)律.然后，利用 Python 和MATLAB對(duì)FEM結(jié)果進(jìn)行后處理，提取、計(jì)算各接觸界面的摩擦能量耗散及其在各界面中的占比，分析影響摩擦能量耗散和各接觸面占比的因素，為多層超聲波焊接的過(guò)程調(diào)控提供初步的理論支撐.

1 有限元建模

1.1 幾何建模

以5層0.2 mm厚的T2紫銅為研究對(duì)象，基于Abaqus 6.14建立二維力學(xué)模型.由于焊齒是重復(fù)結(jié)構(gòu)，所以模型只需對(duì)部分焊齒下的局部區(qū)域建模，圖1(a)為單齒加載的局部模型，分析加載寬度對(duì)金屬箔片受載和摩擦狀態(tài)的影響；圖1(b)為雙齒加載的局部模型，分析焊齒間距對(duì)載荷傳遞和摩擦狀態(tài)的影響，并與單齒加載情況下金屬箔片的受載和摩擦狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比.模型中的各尺寸均參考實(shí)際焊接工況下焊頭和金屬箔片的尺寸，其中=0.2 mm.為提高仿真精度，金屬箔片劃分為尺寸為0.01 mm的均勻正方形細(xì)密網(wǎng)格，所有網(wǎng)格的網(wǎng)格類型均為CPS4R，共 16 000 個(gè)，每個(gè)接觸界面上均有161對(duì)在初始時(shí)刻重合的節(jié)點(diǎn).分析接觸界面上節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力、位移、分離狀態(tài)和滑移狀態(tài)，并以此計(jì)算分析各界面的摩擦能量耗散.

一是把自己的思想裝進(jìn)別人的腦袋，二是把別人的錢裝進(jìn)自己的口袋。前者成功了叫老師，后者成功了叫老板，兩者都成功了叫老婆。

1.2 材料及接觸屬性

考慮室溫下材料的彈性和塑性屬性：前者用彈性模量()和泊松比()定義，其中=129 GPa，=0.33；后者需要同時(shí)考慮應(yīng)變強(qiáng)化和應(yīng)變率強(qiáng)化特性，采用Johnson-Cook(J-C)模型，定義為

(1)

雙齒加載時(shí)，接觸面的壓應(yīng)力存在兩處峰值，分別對(duì)應(yīng)兩齒的中心位置，如圖6所示.和單齒加載相同，隨著遠(yuǎn)離加載區(qū)域，壓應(yīng)力逐漸減小，但是在接觸面的中心位置，壓應(yīng)力仍大于0，說(shuō)明此處未出現(xiàn)界面分離，且3種載荷情況下，除了接觸面#1在=±0.75 mm處出現(xiàn)了分離區(qū)域，其余各接觸面均未出現(xiàn)分離現(xiàn)象.接觸面積大小受法向載荷影響，隨著法向載荷的增大，接觸面#1的退讓接觸現(xiàn)象愈加明顯，實(shí)際接觸面積減小，下方各接觸面的實(shí)際接觸面積有增大趨勢(shì).

采用“面對(duì)面接觸”設(shè)置接觸面.外載荷自上至下傳遞，因此將每個(gè)接觸對(duì)中的上表面設(shè)置為接觸主面，下表面設(shè)置為接觸從面，各接觸面均為“硬接觸”，并允許界面在接觸后發(fā)生分離.采用恒定的摩擦因數(shù)反映粗糙界面，參考Lee等的研究結(jié)果，將銅箔之間的摩擦因數(shù)設(shè)為定值0.3；接觸面中，并非所有區(qū)域都發(fā)生滑動(dòng)摩擦，而是存在部分“黏結(jié)”區(qū)域.接觸面各處的黏結(jié)-滑移狀態(tài)可通過(guò)該處材料的屈服狀態(tài)判斷.若接觸面上某微元發(fā)生屈服，則切向加載會(huì)使其產(chǎn)生塑性變形，位移為0，因此該處的接觸面處于“黏結(jié)”狀態(tài)；反之，若某處的材料未發(fā)生屈服，切向加載會(huì)使其發(fā)生滑動(dòng)，則該處接觸面處于“滑移”狀態(tài).材料的屈服狀態(tài)可根據(jù)Von-Mises屈服準(zhǔn)則判斷：

(2)

式中：下標(biāo)int表示第個(gè)接觸界面對(duì)應(yīng)的能量或功率.

(3)

①過(guò)流標(biāo)準(zhǔn)確定。泄流渠的過(guò)流標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)施工能力、上游的庫(kù)容大小和上游水位的上升趨勢(shì)等因素確定，在保證下游安全的前提下，應(yīng)盡可能選用較大的過(guò)流流量，以盡快降低湖內(nèi)水位并減少水量。

綜上所述，采用PS聯(lián)合BiPAP治療NRDS患兒 后，可有效提高臨床療效并降低不良反應(yīng)發(fā)生率，并可有效改善患兒血清中TGF-β1及BMP-7水平。但本研究臨床樣本數(shù)較少，并未對(duì)患者長(zhǎng)期療效進(jìn)行追蹤。

(4)

式中：為接觸面的摩擦因數(shù).

根據(jù)上述推導(dǎo)，若接觸面的某處應(yīng)力滿足：

(5)

則該處未發(fā)生屈服，處于滑移狀態(tài).若接觸面的某處應(yīng)力滿足：

(6)

則該處發(fā)生屈服，處于黏結(jié)狀態(tài).

1.3 外載荷設(shè)置

模型主要考慮法向的焊接力加載和切向的超聲振動(dòng)位移加載，兩者均通過(guò)焊齒加載于頂層板的上表面，加載面積等于焊齒頂部面積，在模型中為頂面中間位置寬度為的區(qū)域(見(jiàn)圖1).其中，焊接力沿接觸面的法向，加載區(qū)域的線均布載荷設(shè)置為20～60 N/mm，對(duì)應(yīng)加載區(qū)域所受的面均布載荷為 100～300 N/mm，實(shí)際工況下的焊接力為720～2 160 N；超聲振動(dòng)沿接觸面的切向，均勻施加在與法向載荷相同的作用區(qū)域，超聲振動(dòng)可用正弦函數(shù)表示，角頻率為2π，正弦振動(dòng)的幅值參考超聲焊接參數(shù)，設(shè)置為23 μm.仿真共設(shè)置兩個(gè)加載步，分別進(jìn)行法向加載和切向加載.第一個(gè)分析步時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為=1 s，在該分析步中，焊接力從0開始線性增大，在分析步結(jié)束時(shí)達(dá)到最大值，表示為

(7)

式中：為焊機(jī)設(shè)定的焊接力；為加載步1內(nèi)的時(shí)刻.在第二個(gè)分析步中，法向壓力保持恒定，切向載荷開始施加，焊頭的橫向位移可表示為

=sin 2π

(8)

式中：為振幅最大值；為加載步2內(nèi)的時(shí)刻.

法向載荷集中加載在頂層板上表面的中心區(qū)域，引起接觸界面的變形，并在接觸面上產(chǎn)生切應(yīng)力.圖7為單齒加載狀態(tài)下，=1 s時(shí)刻的接觸面切應(yīng)力分布.各接觸面中心位置的受力對(duì)稱，所以=0；隨著遠(yuǎn)離接觸面中心，切應(yīng)力逐漸增大并在某處達(dá)到峰值，此后便不斷減小至0，兩側(cè)=0的位置對(duì)應(yīng)實(shí)際接觸區(qū)域的邊界.切應(yīng)力的絕對(duì)值關(guān)于位置零點(diǎn)對(duì)稱，峰值位置隨著接觸面靠下而向接觸面的外側(cè)移動(dòng).

加載曲線如圖2所示.其中，為時(shí)間.最下層金屬箔片在實(shí)際工況下與帶有焊齒的基座接觸并被基座抓持，在整個(gè)焊接過(guò)程中不發(fā)生切向位移，因此本模型中限制最下層板下表面節(jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度為0.模型的增量步設(shè)為 0.031 25 s，即兩個(gè)分析步中各均勻地分布著32個(gè)增量步.

2 仿真數(shù)據(jù)處理

2.1 黏結(jié)-滑移狀態(tài)判斷

在Abaqus的后處理過(guò)程中，可通過(guò)提取各節(jié)點(diǎn)的COPEN狀態(tài)量，表征從面節(jié)點(diǎn)相對(duì)于主面的分離距離；提取各節(jié)點(diǎn)CSLIP狀態(tài)量，表征從面節(jié)點(diǎn)相對(duì)于主面的滑移距離.通過(guò)提取各從面節(jié)點(diǎn)在每個(gè)增量步的兩個(gè)狀態(tài)量，即可計(jì)算并判斷各時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的黏結(jié)-滑移狀態(tài).基于Python 2.0，批量提取大量節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，主要提取每個(gè)增量步下，所有從面節(jié)點(diǎn)的COPEN和CSLIP數(shù)值，對(duì)相鄰增量步的數(shù)據(jù)作差可以獲得相對(duì)位移增量Δ和Δ，從而判斷接觸對(duì)所處狀態(tài).

式中：Δ為微元的面積，在本模型中指各單元的寬度.任意時(shí)刻總的摩擦能量耗散為

隨著我國(guó)社會(huì)及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，商品外包裝已經(jīng)不再是單純的包裝作用，還應(yīng)能通過(guò)商品外包裝體現(xiàn)出商品自身的文化特質(zhì)、質(zhì)量特點(diǎn)等，進(jìn)而確保這些商品能更好的在市場(chǎng)上占據(jù)一席之地。陶瓷在現(xiàn)代酒類包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將能更好的提升商品包裝的價(jià)值。使用陶瓷作為酒類產(chǎn)品包裝容器，消費(fèi)者不需要將商品包裝作為廢品進(jìn)行處理，陶瓷器具本身具備非常高的藝術(shù)欣賞價(jià)值。結(jié)合這些內(nèi)容來(lái)說(shuō)，除了提升商品質(zhì)量之外，保證商品外包裝的價(jià)值和品質(zhì)也是非常重要的，因此，在現(xiàn)代酒類包裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)能將陶瓷器具及陶瓷元素等靈活的應(yīng)用起來(lái)。

Δ,=,,u-,,d

(9)

(10)

Δ,=,,u-,,d

(11)

具體判定依據(jù)可參見(jiàn)表2.

2.2 黏結(jié)-滑移狀態(tài)圖

為更直觀地展示接觸面的黏結(jié)-滑移轉(zhuǎn)化規(guī)律，借鑒文獻(xiàn)[19]的表示方法，繪制各界面的黏結(jié)-滑移狀態(tài)圖.圖3為單齒加載在=100 N/mm時(shí)，最上層接觸界面的黏結(jié)-滑移狀態(tài)圖.圖中對(duì)應(yīng)了法向加載分析步1 s的時(shí)間，為從面上節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置，零點(diǎn)為從面的中心位置；當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)包括：① 黏結(jié)狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)和主面接觸且沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)；② 向右滑動(dòng)狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)接觸主面且偏離原始位置向右發(fā)生滑移；③ 向左滑動(dòng)狀態(tài)；④ 分離狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)未接觸主面.

2.3 摩擦能量耗散占比

在接觸界面摩擦因數(shù)恒定的前提下，界面上各處摩擦做功的功率主要由該位置的局部法向壓力()、切向相對(duì)滑動(dòng)速度()和決定模型中，節(jié)點(diǎn)任意時(shí)刻的摩擦做功功率為

1)γNa/γCl系數(shù)。γNa/γCl系數(shù)為地下水的成因系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)海水的γNa/γCl系數(shù)為0.85，低礦化度水的γNa/γCl系數(shù)大于0.85，高礦化度的γNa/γCl系數(shù)小于0.85[12]。由榆林市礦區(qū)離子系數(shù)統(tǒng)計(jì)表可知，γNa/γCl系數(shù)大于0.85的數(shù)量有31個(gè)，γNa/γCl系數(shù)小于0.85的數(shù)量有11個(gè)，說(shuō)明榆林市礦區(qū)42個(gè)水樣中絕大部分樣品的TDS均較低。這主要是因?yàn)橛芰质械V區(qū)潛水主要接受大氣降水補(bǔ)給，排泄至周邊河流的徑流路徑短，滯留時(shí)間短，水量交換循環(huán)積極，更替較快。

f,=,,Δ

(12)

定義,,u和,,u分別為第個(gè)增量步第個(gè)接觸對(duì)從面節(jié)點(diǎn)的和向位移，,,d和,,d分別為第個(gè)增量步第個(gè)接觸對(duì)下表面節(jié)點(diǎn)的和向位移，則

(13)

在Abaqus仿真軟件中，可通過(guò)ALLFD狀態(tài)量提取模型整體任意時(shí)刻的摩擦能量耗散值，但無(wú)法分別獲取各接觸界面的獨(dú)立值.由下式可知，當(dāng)摩擦因數(shù)為定值時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的局部摩擦能量耗散正比于局部壓力和滑移速度的乘積，分別計(jì)算獲得各接觸界面任意時(shí)刻的摩擦做功功率比率，可表示為

(14)

式中：、、和、、分別為微元所受的3向正應(yīng)力和切應(yīng)力在超聲波焊接中，外載荷主要包括焊頭向的壓緊力和向的超聲振動(dòng)，因此接觸面上各處僅受向的壓應(yīng)力和平面的切應(yīng)力，則式(2)可簡(jiǎn)化為

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等工程教育中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解有著不可替代的作用。在“3+4”中職-本科銜接的課程體系中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和模式的銜接是至關(guān)重要的一環(huán)。我校機(jī)械工程學(xué)院從2017年開始接收中職轉(zhuǎn)段學(xué)生。這部分學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，所以要著力培養(yǎng)提高他們的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，提高專業(yè)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。強(qiáng)化工程意識(shí)，使學(xué)生具有扎實(shí)的實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力。因此在這部分學(xué)生的人才培養(yǎng)方案中強(qiáng)化和加大了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目的使學(xué)生從基礎(chǔ)知識(shí)到創(chuàng)新思維等各方面得到全方位的培養(yǎng)和提高。為此課題組著力進(jìn)行了以下方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革：

每個(gè)增量步的時(shí)間極短，可認(rèn)為在每個(gè)增量步中系統(tǒng)均處于準(zhǔn)靜態(tài)，各節(jié)點(diǎn)的摩擦能量耗散功率保持恒定，因此各接觸界面的總摩擦能量耗散比率可表示為

(15)

在進(jìn)行后處理時(shí)，首先利用Python提取各接觸對(duì)從面上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在每個(gè)增量步下的,值和,值，其中,可以通過(guò)時(shí)刻與-1時(shí)刻切向滑移距離計(jì)算得到，即,=,-, -1隨后利用 MATLAB 計(jì)算得到每個(gè)時(shí)刻下各界面摩擦能量耗散功率的比率，以及時(shí)刻之前各界面摩擦能量耗散的比率.

3 分析與討論

3.1 有限元仿真模型驗(yàn)證

通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取5層銅箔的焊接變形，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性.實(shí)驗(yàn)用銅箔為0.2 mm厚的T2紫銅，上下表面均鍍有2 μm鎳，鎳鍍層可在微觀照片中清晰地顯示各接觸位置.實(shí)驗(yàn)用焊頭由4×9陣列分布的金字塔狀焊齒組成，如圖4(a)所示.焊機(jī)壓力設(shè)置為250 kPa，通過(guò)壓力傳感器測(cè)量，實(shí)際作用在試樣上的焊接力為 1 642 N，振幅為23 μm，焊接時(shí)長(zhǎng)為0.4 s.在焊頭的壓痕處，沿超聲振動(dòng)方向切割焊接試樣，制備成金相試樣，試樣和切割位置如圖 4(b)所示.

在D-Met組中，以2.5 mmol/L組的生物膜總生物量最高，分別于10、25、50 mmol/L組相比均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，而10、25、50 mmol/L組間相比則無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)(圖2a)；各濃度組的生物膜清除率為：10、25、50 mmol/L組>2.5 mmol/L 組(P<0.05)(表1)。

在模型中帶入高溫軟化后的材料屬性，以仿真焊接最終時(shí)刻的金屬箔片變形，具體屬性選擇參考文獻(xiàn)[22]，仿真模型中的焊接力選擇和實(shí)驗(yàn)保持一致.選擇焊齒下方各層銅箔的減薄率為比較對(duì)象，如圖4(c)所示.可知，實(shí)驗(yàn)和仿真中各層銅箔的厚度基本一致，表明仿真模型可以真實(shí)地反映焊齒下方各層銅箔和接觸面的應(yīng)力以及應(yīng)變分布情況.

3.2 接觸面載荷傳遞規(guī)律

提取法向載荷加載結(jié)束時(shí)刻，即=1 s時(shí)各界面的壓應(yīng)力()和切應(yīng)力()，以分析載荷在多界面中的傳遞特征.單齒加載時(shí)，接觸面中心壓應(yīng)力最大，向兩側(cè)不斷減小，并在滑移區(qū)域和分離區(qū)域的邊界處達(dá)到0，越靠下的接觸面壓應(yīng)力峰值越小且接觸面積越大，如圖5所示.

是的，我把持不住了。男女間的那些事，我明白，又不明白，現(xiàn)在，就要捅破那層窗戶紙，知道女人是怎么回事了，就在這緊要關(guān)頭，我爆炸了。爆炸過(guò)后，我舒暢了，疲倦了，也知道自己丟人丟到家了。

充分提供情節(jié)背景下的學(xué)習(xí)是最有效的，語(yǔ)文學(xué)習(xí)的外延與生活的外延相等，生活的范圍有多大，學(xué)習(xí)語(yǔ)文的范圍就有多大。我們常常說(shuō)的“生活即語(yǔ)文”正是這樣的道理。

雙齒加載時(shí)，各界面的切應(yīng)力分布發(fā)生變化，如圖8所示.兩處加載位置沿界面中心對(duì)稱，因此切應(yīng)力的絕對(duì)值關(guān)于零點(diǎn)對(duì)稱，但是切應(yīng)力的絕對(duì)值不再關(guān)于載荷施加中心(=±0.6 mm)對(duì)稱，而且切應(yīng)力峰值由2個(gè)變?yōu)?個(gè).以左側(cè)加載區(qū)域?yàn)槔?，?-0.8 mm至接觸面中心的切應(yīng)力是由左側(cè)加載引起的，然而在=-0.6 mm處，≠0，這與單齒加載不同，說(shuō)明在雙齒加載下，兩處法向加載所引起的變形會(huì)產(chǎn)生相互影響，導(dǎo)致加載區(qū)域正下方的接觸面發(fā)生相互滑動(dòng)；并且由于加載區(qū)域左側(cè)為自由端，所以左側(cè)的切應(yīng)力峰值顯著低于右側(cè)的切應(yīng)力峰值.

此外，壓應(yīng)力和切應(yīng)力遵循庫(kù)倫摩擦定理，因此式(3)可變換為

3.3 接觸面的黏結(jié)-滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)化

根據(jù)前文后處理方法，制作=100 N/mm時(shí)的界面黏結(jié)-滑移轉(zhuǎn)化圖，如圖9所示.在單齒加載時(shí)，4個(gè)接觸面上均出現(xiàn)明顯的退讓接觸現(xiàn)象，并且在切向加載和法向加載階段，各接觸面的兩側(cè)均存在分離區(qū)域.此外，上層箔片接近焊齒、變形量更大，導(dǎo)致上層接觸面的分離區(qū)域也明顯更大，在切向加載階段更為明顯，從圖中可以明顯看出下層接觸面的滑移面積更大.當(dāng)切向載荷方向改變時(shí)，滑移區(qū)域的滑動(dòng)方向隨之改變，并且滑移區(qū)域的位置也隨著載荷方向產(chǎn)生位移，在下層界面中，滑移區(qū)域的位移更大.

對(duì)接觸面的滑移面積進(jìn)行定量分析，分別提取不同法向載荷下各接觸面的滑移面積占總面積的比率()，如圖10所示.隨法向載荷的增大，接觸面的最大靜摩擦力增大，各接觸面的滑動(dòng)面積減小.并且由于退讓接觸現(xiàn)象，法向載荷增大還會(huì)導(dǎo)致各接觸面的實(shí)際接觸面積減小，從而進(jìn)一步減小滑移面積.其中，最上層界面的退讓接觸最為明顯，因此滑動(dòng)面積的減小量最大.

本文主要分析了雙繞組電力變壓器集總參數(shù)模型,構(gòu)建了串聯(lián)阻抗支路矩陣和并聯(lián)導(dǎo)納支路矩陣,再基于基爾霍夫電流和電壓定律來(lái)獲取支路電流與節(jié)點(diǎn)電壓之間的關(guān)系;同時(shí)分析了變壓器繞組徑向變形和軸向位移故障時(shí)的主要影響參數(shù)，以期為后續(xù)系統(tǒng)研究變壓器繞組故障提供相關(guān)的理論基礎(chǔ)。

圖11為=100 N/mm、雙齒法向加載時(shí)的接觸面黏結(jié)-滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖.由于總加載寬度增大，所以接觸面的分離面積均減小，僅出現(xiàn)在加載結(jié)束時(shí)接觸面#1的兩側(cè).在法向加載階段，接觸面 #1和#2上分別出現(xiàn)了3個(gè)黏結(jié)區(qū)域，其中左右兩側(cè)的黏結(jié)區(qū)域出現(xiàn)在載荷正下方，其形成機(jī)理和單齒加載時(shí)相同；而上層接觸面的退讓接觸現(xiàn)象明顯，因此接觸面#1和#2加載區(qū)域的兩側(cè)均出現(xiàn)滑移區(qū)域.但接觸面的中心位置切向受力平衡、=0，接觸面中心出現(xiàn)了第三個(gè)黏結(jié)區(qū)域.在滑移階段，接觸面#1滑移方向的轉(zhuǎn)變?cè)?0.5 s附近，而其余3個(gè)接觸面分別存在2次滑移方向轉(zhuǎn)變，可以認(rèn)為接觸面#1的滑動(dòng)與其余3個(gè)接觸面存在一定相位差.

3.4 接觸面的摩擦能量耗散

基于仿真得到的接觸面節(jié)點(diǎn)相對(duì)滑動(dòng)速率和法向壓應(yīng)力，計(jì)算各接觸面摩擦耗散能量占比，如圖12所示.其中，≤1 s為焊接力法向加載階段，>1 s為切向位移加載階段.在法向加載階段，接觸面的摩擦均來(lái)源于退讓接觸帶來(lái)的滑移，接觸面#1由于直接接觸焊齒，其變形量和切應(yīng)力最大，所以接觸面#1的摩擦能量耗散占比最高.隨著界面靠下，摩擦能量耗散的占比逐漸變小，與3.1節(jié)中的結(jié)果相符.在切向加載階段，接觸面#1的摩擦能量耗散占主導(dǎo)地位，其余3層摩擦能量耗散幾乎為0，但隨著法向載荷的增大，接觸面#1的摩擦耗能占比減小.結(jié)合3.2節(jié)中的結(jié)果，可知當(dāng)法向載荷增大時(shí)，在切向加載階段，接觸面#1的滑移區(qū)域減小但分離區(qū)域增大，而其余各界面滑移面積的變化并不明顯，以上原因共同導(dǎo)致接觸面#1的摩擦能量耗散相對(duì)較小.

根據(jù)分析，受集中加載的影響，隨著法向載荷的增大，單齒加載的接觸面發(fā)生較大變形，導(dǎo)致分離區(qū)域增大，進(jìn)而使接觸面#1的摩擦能量耗散占比減小.但是雙齒加載的載荷分散、加載面積大，接觸面的分離面積幾乎為0，因此各界面摩擦能量耗散占比受法向載荷大小的影響減小.如圖13所示，隨著法向載荷增大，各接觸面摩擦能量耗散占比幾乎不變.然而各接觸面實(shí)際的摩擦耗散能量在不同法向載荷下卻存在顯著差異.提取并繪制切向加載階段摩擦能量耗散隨時(shí)間增長(zhǎng)的曲線，如圖14所示.可知，隨法向載荷的增大，任何時(shí)刻的摩擦能量耗散均隨之增大，較之=100 N/mm時(shí)，=200 N/mm和=300 N/mm時(shí)的摩擦耗散能量分別提高了0.499 mJ和0.307 mJ；而在雙齒加載工況下，=200 N/mm和=300 N/mm時(shí)的摩擦耗散能量分別提高了0.526 mJ和0.509 mJ，均大于單齒加載工況.各接觸面的實(shí)際摩擦耗散能量均增大，各接觸面的能量比值變化不明顯.

在相同法向載荷下，對(duì)比單齒和雙齒兩種不同工況的摩擦耗散能量，如圖14所示.雙齒加載工況下的摩擦能量耗散在任意時(shí)刻均大于單齒工況，并且兩者之間的差值隨著法向載荷的增大而不斷增大.當(dāng)=100 N/mm和=200 N/mm時(shí)，雙齒下的摩擦耗散能量較之單齒加載時(shí)分別提高了0.006 mJ和0.032 mJ，升高比率為1.15%和3.12%；而當(dāng)=300 N/mm時(shí)，雙齒下的摩擦耗散能量提升最大，為0.233 mJ，升高比率為17.4%，這是由于單齒加載狀態(tài)下各接觸面存在明顯的退讓接觸、邊緣位置發(fā)生分離(見(jiàn)圖9)，而雙齒加載則幾乎不存在上述問(wèn)題(見(jiàn)圖11)，所以在較大法向載荷下，雙齒加載能使更大的分離區(qū)域發(fā)生接觸，摩擦耗散能量的增量也更大.

3.5 摩擦能量耗散的影響因素分析

在多層超聲焊接中，最上層接觸面的摩擦耗散能量占比過(guò)大會(huì)導(dǎo)致下層接觸面得不到足夠的超聲能量形成接合，因此提高整體的摩擦耗散能量，特別是提高下層接觸面的能量占比是工藝優(yōu)化的主要方向.分別從改變焊齒尺寸和分布，以及改變法向載荷大小兩個(gè)方面討論摩擦能量耗散的影響因素和改進(jìn)思路.

由上述分析可知，雙齒加載時(shí)接觸面的分離區(qū)域被消除，應(yīng)力分布也更均勻，使得各界面的摩擦能量耗散量增大，該效果接近于增大單齒加載區(qū)域面積.通過(guò)增大單齒加載區(qū)域的面積，對(duì)比摩擦耗散能量值可知，隨著加載面積的增大，切向加載階段各時(shí)刻的摩擦耗散能量均有所增大，如圖15(a)所示.其中，為加載寬度，=6為雙齒加載時(shí)的齒間距.并且在=0.6 mm時(shí)，摩擦耗散能量大小接近雙齒加載.建立單周期總摩擦耗散能量與加載寬度的函數(shù)，可知，摩擦耗散能量和加載寬度正相關(guān)，并且隨著加載寬度的增大，摩擦耗散能量的增長(zhǎng)速度減小，如圖15(b)所示.圖中，雙齒加載的摩擦能量耗散與單齒加載=065時(shí)基本相同，可知當(dāng)加載區(qū)域的邊界位置相同時(shí)，雙齒分散加載和單齒加載不會(huì)對(duì)摩擦能量耗散產(chǎn)生影響.考慮超聲波焊接實(shí)際情況并結(jié)合上述結(jié)論，可知當(dāng)焊齒間距足夠近，則接觸面不會(huì)產(chǎn)生退讓接觸，此時(shí)具有焊齒的焊頭與平面焊頭具有相同的摩擦耗散能量.并且配備焊齒的焊頭可以極大地減小頂層金屬箔片的滑動(dòng)，將更多超聲能量向下傳遞.但是在多層焊接中，則需要利用退讓接觸帶來(lái)的摩擦能量耗散占比向下偏移趨勢(shì)，提高接觸面的退讓接觸程度.

焊接力對(duì)系統(tǒng)整體的摩擦能量耗散規(guī)律和各界面占比均有顯著影響，因此在超聲振動(dòng)階段，對(duì)焊接力增加一個(gè)正弦項(xiàng)，從而調(diào)節(jié)摩擦能量耗散及其在各界面中的分布情況：

按照多年的培訓(xùn)新進(jìn)檢驗(yàn)員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們把新進(jìn)檢驗(yàn)員一年的崗前培訓(xùn)和成長(zhǎng)過(guò)程分為科室社會(huì)化適應(yīng)期、勝任力擴(kuò)大期、工作豐富化期、逐漸獨(dú)立期四個(gè)階段，科室主任和帶教老師通過(guò)目標(biāo)管理的方式，于四個(gè)階段分別有意識(shí)地對(duì)新進(jìn)檢驗(yàn)員進(jìn)行培養(yǎng)。

前文也提到事件營(yíng)銷具有深度傳播性，一旦形成熱度，便容易成為人們經(jīng)常討論的話題。一般的“事件”，關(guān)注的人群是局限的。人們通常都是關(guān)注自己關(guān)心的東西，例如飯圈女孩關(guān)注的都是明星，愛(ài)好運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)迷關(guān)注的當(dāng)然都是各大體育賽事等，人們不會(huì)花費(fèi)心力在不感興趣的事上。但事件營(yíng)銷帶來(lái)的熱度會(huì)使得傳播的人群不再僅限于專注于該類新聞事件的群體，從而形成二次傳播。由此，對(duì)品牌形象在消費(fèi)者心中的固化，培育品牌忠誠(chéng)有很重要的影響。

=(1+sin 2π)

(16)

式中：∈[0, 0.4]為正弦項(xiàng)幅值.

通過(guò)調(diào)節(jié)超聲振動(dòng)加載階段的焊接力，同樣會(huì)對(duì)摩擦能量耗散產(chǎn)生顯著影響.隨著值增大，一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)的總體摩擦能量耗散呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，如圖16(a)所示.當(dāng)沒(méi)有正弦振蕩加入時(shí)，系統(tǒng)的摩擦耗散能量最大，隨著值增大，系統(tǒng)總摩擦耗散能量快速減小，并在=02時(shí)，達(dá)到最小值；隨后，隨著值增大，總摩擦耗散能量再次緩慢增大.附加正弦項(xiàng)的焊接力對(duì)各接觸面的滑移面積占比同樣有顯著影響，且存在和總摩擦耗散能量相似的規(guī)律，如圖16(b)所示.在=0時(shí)，接觸面#1的摩擦能量耗散占主導(dǎo)地位，隨著值增大，接觸面#1的摩擦能量耗散占比快速減小，同時(shí)接觸面#2的摩擦能量耗散占比增大，并在=02處同時(shí)達(dá)到極值；隨著值繼續(xù)增大，接觸面#1的摩擦耗散能量占比緩慢增大，而接觸面#2的摩擦耗散能量占比開始減小.

4 結(jié)論

(1)在法向加載階段，各界面均會(huì)出現(xiàn)退讓接觸，在接觸面上分別出現(xiàn)黏結(jié)、滑移和分離現(xiàn)象，其中，接觸面分離現(xiàn)象在單齒加載時(shí)較為顯著，雙齒加載時(shí)則幾乎消失；在超聲振動(dòng)加載階段，各接觸面的滑動(dòng)面積增大，下層接觸面的滑移面積明顯高于上層接觸面.

(2)法向載荷大小對(duì)各接觸面的滑動(dòng)摩擦面積和摩擦耗散能量均有直接影響，法向載荷增大會(huì)提高總摩擦耗散能量，減小各界面的滑移面積；單齒加載時(shí)，上層接觸面的滑移面積減小量大于下層接觸面，接觸面#1的摩擦耗散能量占比有所減小.

(3)單齒加載時(shí)，增大加載區(qū)域?qū)挾瓤梢蕴岣呖偰Σ梁纳⒛芰?；雙齒加載時(shí)，增大兩齒間距也可以提高總摩擦耗散能量；當(dāng)單齒加載的寬度等于雙齒加載時(shí)的齒間距時(shí)，兩者的總摩擦耗散能量相近.

(4)對(duì)法向載荷增加正弦變化可以提高下層接觸面的摩擦耗散能量占比，但是會(huì)降低摩擦耗散能量總量；該變化受正弦項(xiàng)幅值影響：當(dāng)=0時(shí)，總摩擦耗散能量最大，接觸面#1的摩擦能量耗散占比最高；當(dāng)=0.2時(shí)，總摩擦耗散能量最小，接觸面#2的摩擦能量耗散占比最高.