下面对其它不常用的焊接单元也做一个简单介绍。

7、单层壳单元

两层薄板搭接部分采用单层壳单元。即划分网格时，对焊点周围的金属板作整体考虑，将焊点所连接的板件通过壳单元连接，壳单元的厚度与相连的金属板厚相同。

8、等效厚度壳单元

将搭接位置的两层板厚等效为一层板厚，即用一层金属板模拟两层通过焊点连接的金属板。等效厚度依据下式计算：

9、共节点

采用共节点连接上下两层金属板的焊点，保留搭接部分的上下两层壳单元。共节点法，建模时间较短，精度比方法1和方法2高一些，推荐采用。

10、多个梁单元

有研究分别采用了1个、5个、8个梁单元模拟焊点，研究表明：5个和8个梁单元模拟精度要比1个梁单元低，原因可能是多个梁单元会增加局部的刚度，使固有频率变大；多个梁单元的建模时间比1个梁单元要长。所以，无论是从精度和效率上来讲，单个梁单元是焊点模拟的最佳选择。

为了对比上述1至6，6种常用焊点模拟方式的差异，下面以几字形梁为模型，建立不同焊点的有限元模型。采用六种焊接模拟方法对几字形梁焊点建模，对比不同焊点对自由模态的固有频率的影响，并与实验中的模态测试数据进行对比，对焊点评价。焊点评价采用模拟精度和建模时间两个指标。几字形梁共有20个焊点，焊点直径5mm，焊点间距为50mm。焊点的有限元模型如下图所示。

说明：六个模型的焊点位置、焊点直径完全一致，对实体单元和Brick单元的有限元模型进行了细化，暂且认为网格精细程度对模态求解影响不大。

下表为六种焊接单元的分析结果对比。

从上表可以看出：

1） 刚性梁单元和可变形梁单元前三阶固有频率相近，在不发生焊点断裂的前提下，二者模拟效果相似；

2） 实体单元和ACM2单元前二阶固有频率较为接近，第三阶相差较大。也可能是网格的差异引起的；

3） 与试验模态相比，模拟精度从高到低依次是：实体单元→Rrick单元→Cweld→ACM2单元→可变形梁单元→刚性梁单元；

4）建模效率由高到低依次是：刚性梁单元→可变形梁单元→Cweld单元→ACM2单元→Brick单元→实体单元。

综合来看，实体单元和Brick的模拟精度最高，可模拟焊点的失效，但是建模时需要细化网格，建模效率低，不适合有大量焊点的白车身点焊结构建模中。刚性梁单元和可变形梁单元需要实现节点对节点的垂直连接，对焊点附近的网格协调性要求很高，大大增加了网格划分的难度。Cweld单元和ACM2单元不受网格协调性的限制，且模拟精度高、建模时间短，可设置焊点的失效，推荐采用。但是，ACM2单元引入了实体单元，计算时间比Cweld单元模型要长。另外，Cweld单元和ACM2单元的缺陷表现在以下方面：

1）ACM2单元中的实体单元每一个节点通过四个RBE3单元与壳单元相连，会占用过多的壳单元，例如：螺栓孔通常先建立一层washer，假设washer上的节点别RBE3占用，再使用bolt单元创建螺栓连接可能会出现创建失败现象；

2）Cweld单元对所连接的上下两层薄板的夹角有限制，两层薄板之间的夹角默认不能超过20°；

3）Cweld单元无法对称复制，而ACM2单元可以对称复制，可用以减小建模工作量。

综合考虑精度和效率，焊点较多的白车身或电池包壳体，适合优先采用Cweld单元、ACM2单元、可变形梁单元。根据不同部位对焊点精度和效率的需要，采用多种焊点对车身进行连接。

参考文献

【1】CAE-小冷，盘点有限元中常用的焊点，微信公众号：结构CAE分析，2018-01-23