图4 为电池阵模型前４阶模态。

图 4 模型前4 阶模态

5 Patran 中处理ELEMID 和ELPAT 的问题

ELEMID 和ELPAT 这两种形式的焊接单元均是以板单元号标示连接关系，处理个别的焊接单元较为方便。SHIDA, SHIDB 是上下两层板单元的ID。

工程中大型模型组装时，对重复出现的模型采取如下步骤：

1）单个部件模型 . bdf 文件的重复导入。
2）对导入模型的移动。

对PARTPAT 类型的焊接单元模型，重复导入时模型的节点、单元会自动更新，材料、单元属性会重新命名。尽管会出现单元重复警告信息，不会产生错误。但是对于2010 版本及之前的版本而言：“ELEMID”和“ELPAT”形式的焊接单元却会出现如下问题：

焊接单元没法导入。

在Patran 中可以看到焊接单元，但在提交Nastran 运算时，错误提示：

“新焊接单元的GS 点在ID 为SHIDA 和SHIDB 的单元面上无法投影。”

新导入模型后，原来模型的焊接单元消失，出现在新模型中。

第一个问题是由于大型的模型需要重复导入.bdf 文件，需要注意Global Model Tolerance的值，默认值为0.005。焊接单元的直径的有效位往往在0.001 之后，需调整容差值方可使焊接单元正确导入。

第二个问题是由于新旧模型中焊接单元对应的单元ID 号相同，SHIDA1=SHIDA2, SHIDB1=SHIDB2。新焊接单元处的节点GS2 在SHIDA2 或者SHIDB2 处投影出现错误。

第三个问题是由于旧模型的板单元号变化，而新模型的板单元号仍是.bdf 中的SHID 号，新焊接单元在SHID 上投影，与旧焊接单元的属性相同，旧焊接单元被新焊接单元代替。

针对以上问题，建议采取以下措施：

在导入含有焊接单元的模型时，重新设置Global Model Tolerance 的值。

Renumber 旧模型的单元号、节点号。

比如原来模型中最大单元号为n1,最大节点号为n2，Renumber 时从n1+1、n2+1 开始，保证新旧模型不冲突。

3）在导入新模型时，设置Offset=0。

这样保证了新模型中需焊接的板单元的ID 号不变，Patran 按照 .bdf 中的参数寻找到需焊接的单元，进而建立连接。

4）Renumber 旧模型中Connector 单元号。

以上处理，使新旧模型的关系清晰，使模型的管理得到改善。以上问题及处理方法对Fastener 单元同样适用。

6 与RBE2 单元的比较

如图5、6 所示为电池阵子板，其中图5 中3 块小板通过Mpc 连接，图6 通过焊接单元连接。

图5 Mpc 连接

图6 Cweld 连接

在板壳模型中，采用焊接单元比采用RBE2 单元耗时少，连接刚度变化范围宽，可通过更改焊点数和焊接单元半径更改连接刚度，也可通过重新划分网格，比如将板单元分割，连接小单元建立焊接单元。另外，当RBE2 单元与连接面的法线方向超过30o 时，其模拟结果的精确度不高，在划分有限元网格时需注意连接节点的对齐问题；而CWELD 单元可以通过点对点、点对面、面对面连接，适用性好[2]。

表3 列出模型采用不同连接，边界自由的频率值。同时，模型中焊接单元与RBE2 单元均是将周围18 个点关联，单元个数均是24 个。由表3 可见，相比于RBE2 单元的刚性连接，焊接单元的连接刚度偏小，如需增加刚度，可更改单元的材料和直径。

表3 两种连接方式的比较

7 结论

Spot Weld 单元应用方便，特别是通过属性建立连接的PARTPAT 形式的焊接单元，在设置好投影点的情况下，短时间内即可建立大量的焊接单元。适合处理航空航天、汽车行业大模型中焊点较多的模型。

ELEMID 和ELPAT 形式的焊接单元以及Fastener 单元中存在的三个问题，可以通过有效的途径得到解决。步骤简单，同时优化了模型的管理。对于这些问题，可以通过进一步的开发得到自动化的解决。

本论文的模型中，在连接点和关联点相同的情况下，RBE2 单元比Weld 单元的连接刚度大。一般地，建立Weld 单元比RBE2 单元用时少，参数变化范围宽，对模型的适用性好。

参考文献
[1] MD Nastran R3 Documentation 2008
[2] 王玉超，王力，宋俊.利用CWELD 和RBE2 模拟焊点模态及刚度分析[J].现代制造工程,2009,4: 116-118