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，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，所以各層箔片會隨焊頭發(fā)生水平振動，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)焊接對象層數(shù)較多時，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導(dǎo)致各界面的固相連接程度不同，無法達(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)上述過程，建立反沖質(zhì)子磁譜儀中子能譜測量的帶電粒子輸運(yùn)計算模型和程序。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)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速度、法向載荷對摩擦能量耗散的影響，結(jié)論表明法向載荷的增大會增加能量耗散，而切向滑動速度會影響界面黏著效應(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，帶動最上層的試樣發(fā)生切向運(yùn)動，并通過試樣間的相互摩擦力將切向運(yùn)動向下傳遞.在此過程中，兩種載荷在多個接觸面呈現(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，也會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程中的金屬箔片受力狀態(tài)，利用FEM對比分析不同法向力、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.但目前研究的對象集中于單一接觸界面，被抽象為彈性體和剛性體接觸，沒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)雜的動態(tài)變化，仍有待進(jìn)一步研究.

本文采用FEM對多層金屬箔片的超聲波焊接過程進(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)生摩擦的簡化二維模型，對比分析法向加載和切向循環(huán)加載時不同接觸面的摩擦行為，仿真計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FEM結(jié)果進(jìn)行后處理，提取、計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，每個接觸界面上均有161對在初始時刻重合的節(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，接觸面的壓應(yīng)力存在兩處峰值，分別對應(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.

采用“面對面接觸”設(shè)置接觸面.外載荷自上至下傳遞，因此將每個接觸對中的上表面設(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，切向加載會使其發(fā)生滑動，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表示第個接觸界面對應(yīng)的能量或功率.

(3)

①過流標(biāo)準(zhǔn)確定。泄流渠的過流標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場施工能力、上游的庫容大小和上游水位的上升趨勢等因素確定，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，并未對患者長期療效進(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位移加載，兩者均通過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，超聲振動可用正弦函數(shù)表示，角頻率為2π，正弦振動的幅值參考超聲焊接參數(shù)，設(shè)置為23 μm.仿真共設(shè)置兩個加載步，分別進(jìn)行法向加載和切向加載.第一個分析步時長設(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)的時刻.在第二個分析步中，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時刻的接觸面切應(yīng)力分布.各接觸面中心位置的受力對稱，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的位置對應(yīng)實(shí)際接觸區(qū)域的邊界.切應(yīng)力的絕對值關(guān)于位置零點(diǎn)對稱，峰值位置隨著接觸面靠下而向接觸面的外側(cè)移動.

加載曲線如圖2所示.其中，為時間.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，在整個焊接過程中不發(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個自由度為0.模型的增量步設(shè)為 0.031 25 s，即兩個分析步中各均勻地分布著32個增量步.

2 仿真數(shù)據(jù)處理

2.1 黏結(jié)-滑移狀態(tài)判斷

在Abaqus的后處理過程中，可通過提取各節(jié)點(diǎn)的COPEN狀態(tài)量，表征從面節(jié)點(diǎn)相對于主面的分離距離；提取各節(jié)點(diǎn)CSLIP狀態(tài)量，表征從面節(jié)點(diǎn)相對于主面的滑移距離.通過提取各從面節(jié)點(diǎn)在每個增量步的兩個狀態(tài)量，即可計算并判斷各時刻節(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)，主要提取每個增量步下，所有從面節(jié)點(diǎn)的COPEN和CSLIP數(shù)值，對相鄰增量步的數(shù)據(jù)作差可以獲得相對位移增量Δ和Δ，從而判斷接觸對所處狀態(tài).

式中：Δ為微元的面積，在本模型中指各單元的寬度.任意時刻總的摩擦能量耗散為

隨著我國社會及經(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上占據(jù)一席之地。陶瓷在現(xiàn)代酒類包裝設(shè)計中的應(yīng)用將能更好的提升商品包裝的價值。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)欣賞價值。結(jié)合這些內(nèi)容來說，除了提升商品質(zhì)量之外，保證商品外包裝的價值和品質(zhì)也是非常重要的，因此，在現(xiàn)代酒類包裝設(shè)計過程中，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)能將陶瓷器具及陶瓷元素等靈活的應(yīng)用起來。

Δ,=,,u-,,d

(9)

(10)

Δ,=,,u-,,d

(11)

具體判定依據(jù)可參見表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，最上層接觸界面的黏結(jié)-滑移狀態(tài)圖.圖中對應(yīng)了法向加載分析步1 s的時間，為從面上節(jié)點(diǎn)的相對位置，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)和主面接觸且沒有相對滑動；② 向右滑動狀態(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()、切向相對滑動速度()和決定模型中，節(jié)點(diǎn)任意時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)計表可知，γNa/γCl系數(shù)大于0.85的數(shù)量有31個，γNa/γCl系數(shù)小于0.85的數(shù)量有11個，說明榆林市礦區(qū)42個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分別為第個增量步第個接觸對從面節(jié)點(diǎn)的和向位移，,,d和,,d分別為第個增量步第個接觸對下表面節(jié)點(diǎn)的和向位移，則

(13)

在Abaqus仿真軟件中，可通過ALLFD狀態(tài)量提取模型整體任意時刻的摩擦能量耗散值，但無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，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，分別計算獲得各接觸界面任意時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，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)可簡化為

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等工程教育中的一個重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、加深學(xué)生對知識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)知識薄弱，所以要著力培養(yǎng)提高他們的動手能力和實(shí)踐能力，提高專業(yè)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。強(qiáng)化工程意識，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：

每個增量步的時間極短，可認(rèn)為在每個增量步中系統(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，首先利用Python提取各接觸對從面上的每個節(jié)點(diǎn)在每個增量步下的,值和,值，其中,可以通過時刻與-1時刻切向滑移距離計算得到，即,=,-, -1隨后利用 MATLAB 計算得到每個時刻下各界面摩擦能量耗散功率的比率，以及時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，通過壓力傳感器測量，實(shí)際作用在試樣上的焊接力為 1 642 N，振幅為23 μm，焊接時長為0.4 s.在焊頭的壓痕處，沿超聲振動方向切割焊接試樣，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)計學(xué)差異(P<0.05)，而10、25、50 mmol/L組間相比則無統(tǒng)計學(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)束時刻，即=1 s時各界面的壓應(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，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)語文的范圍就有多大。我們常常說的“生活即語文”正是這樣的道理。

雙齒加載時，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稱，因此切應(yīng)力的絕對值關(guān)于零點(diǎn)對稱，但是切應(yīng)力的絕對值不再關(guān)于載荷施加中心(=±0.6 mm)對稱，而且切應(yīng)力峰值由2個變?yōu)?個.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，說明在雙齒加載下，兩處法向加載所引起的變形會產(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；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時的界面黏結(jié)-滑移轉(zhuǎn)化圖，如圖9所示.在單齒加載時，4個接觸面上均出現(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，滑移區(qū)域的滑動方向隨之改變，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，各接觸面的滑動面積減小.并且由于退讓接觸現(xiàn)象，法向載荷增大還會導(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獲取支路電流與節(jié)點(diǎn)電壓之間的關(guān)系;同時分析了變壓器繞組徑向變形和軸向位移故障時的主要影響參數(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)了第三個黏結(jié)區(qū)域.在滑移階段，接觸面#1滑移方向的轉(zhuǎn)變在=0.5 s附近，而其余3個接觸面分別存在2次滑移方向轉(zhuǎn)變，可以認(rèn)為接觸面#1的滑動與其余3個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)相對滑動速率和法向壓應(yīng)力，計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，接觸面的摩擦均來源于退讓接觸帶來的滑移，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，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間增長的曲線，如圖14所示.可知，隨法向載荷的增大，任何時刻的摩擦能量耗散均隨之增大，較之=100 N/mm時，=200 N/mm和=300 N/mm時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，雙齒下的摩擦耗散能量較之單齒加載時分別提高了0.006 mJ和0.032 mJ，升高比率為1.15%和3.12%；而當(dāng)=300 N/mm時，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(見圖9)，而雙齒加載則幾乎不存在上述問題(見圖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大會導(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.通過增大單齒加載區(qū)域的面積，對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為雙齒加載時的齒間距.并且在=0.6 mm時，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時基本相同，可知當(dāng)加載區(qū)域的邊界位置相同時，雙齒分散加載和單齒加載不會對摩擦能量耗散產(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，則接觸面不會產(chǎn)生退讓接觸，此時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，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的摩擦能量耗散占比向下偏移趨勢，提高接觸面的退讓接觸程度.

焊接力對系統(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，因此在超聲振動階段，對焊接力增加一個正弦項(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)和成長過程分為科室社會化適應(yīng)期、勝任力擴(kuò)大期、工作豐富化期、逐漸獨(dú)立期四個階段，科室主任和帶教老師通過目標(biāo)管理的方式，于四個階段分別有意識地對新進(jìn)檢驗(yàn)員進(jìn)行培養(yǎng)。

前文也提到事件營銷具有深度傳播性，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，愛好運(yùn)動的運(yùn)動迷關(guān)注的當(dāng)然都是各大體育賽事等，人們不會花費(fèi)心力在不感興趣的事上。但事件營銷帶來的熱度會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，對品牌形象在消費(fèi)者心中的固化，培育品牌忠誠有很重要的影響。

=(1+sin 2π)

(16)

式中：∈[0, 0.4]為正弦項(xiàng)幅值.

通過調(diào)節(jié)超聲振動加載階段的焊接力，同樣會對摩擦能量耗散產(chǎn)生顯著影響.隨著值增大，一個振動周期內(nèi)的總體摩擦能量耗散呈現(xiàn)先減后增的趨勢，如圖16(a)所示.當(dāng)沒有正弦振蕩加入時，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，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，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，同時接觸面#2的摩擦能量耗散占比增大，并在=02處同時達(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)象在單齒加載時較為顯著，雙齒加載時則幾乎消失；在超聲振動加載階段，各接觸面的滑動面積增大，下層接觸面的滑移面積明顯高于上層接觸面.

(2)法向載荷大小對各接觸面的滑動摩擦面積和摩擦耗散能量均有直接影響，法向載荷增大會提高總摩擦耗散能量，減小各界面的滑移面積；單齒加載時，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，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，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的齒間距時，兩者的總摩擦耗散能量相近.

(4)對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，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，總摩擦耗散能量最小，接觸面#2的摩擦能量耗散占比最高.