摘要: 借助 Inspire 平臺，模具及結構設計工程師可快速對接，對新產品進行開發。本文 通過公交站臺頂棚支架結構為案例，介紹了 Inspire 平臺軟件的功能以及應用方法。應用表 明 Inspire 能快速獲取優化結構，通過 Inspire Cast 能快速判斷鑄造缺陷，指導修改澆注系 統，并對改進后的工藝方法進行驗證。

1 概述

仿生設計以自然界萬事萬物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“結構”等為研究對象，有選擇 地在設計過程中應用這些特征原理進行的設計，同時結合仿生學的研究成果，為設計提供 新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。在某種意義上，仿生設計學可以說是仿生學 的延續和發展，是仿生學研究成果在人類生存方式中的反映。

仿生設計學作為人類社會生產活動與自然界的鍥合點，使人類社會與自然達到了高度 的統一，正逐漸成為設計發展過程中新的亮點。自古以來，自然界就是人類各種科學技術 原理及重大發明的源泉。人類生活在自然界中，與周圍的生物作“鄰居”，這些生物各種各 樣的奇異本領，吸引著人們去想象和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對 生物的模仿，并通過創造性的勞動，制造出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領 和能力。

本文通過利用 Inspire 的優化獲取接近自然的仿生結構，同時通過 3D 打印與鑄造工藝-熔 模鑄造的方法獲得結構鑄件，其中，Inspire Cast 在模具設計中能輔助工程師快速發現模具 缺陷，指導修改澆注系統，減少模具開發周期，最后通過 Evolve 渲染獲得該結構在公交車 站頂棚的表現。

2 有限元模型的建立

由于頂棚支撐結構常年暴露室外，所受環境因素多變，現對支撐結構的常見載荷情況 進行有限元分析及獲取仿生結構。

2.1建立初始模型

Inspire 無需手動劃分網格，同時為了保證獲得優化空間最大化，建立的模型更偏向無 孔盒子狀。

2.2材料與屬性

計算中所使用的材料參數如下： 

304 鋼的材料參數： 

彈性模量： 195GPa 

材料密度：8e +3kg/m3

 泊松比：0.29 

長度單位為：mm

2.3支撐支架有限元模型受力情況

對支撐結構在自然環境的受力情況進行分析，分別從靜置情況及自然（案例中提取風對 支撐結構的影響）因素對支撐結構前、后、左、右側進行分析，賦予的邊界條件如下圖所示：

3 考慮后續制造，添加制造約束

Inspire 可對優化結構提供制造約束，支撐結構將采用鑄造方式生產，故對優化結構進行雙 向拔模約束。

4 分析與優化結果

通過云圖分析，優化的結構所受最大應力值為 9.679e+06pa，符合力學性能。

5 模型重建

通過 Inspire 自帶建模功能-PolyNURBS 包裹生成結構，快速獲得實體模型。

6 模流仿真

通過 Inspire Cast 進行仿真分析，快速判斷鑄造缺陷，嘗試不同澆口位置對鑄件的影響。

6.1確定澆注系統

通過Inspire 發現縮孔位置及大小 ， 確定渣包大小以及澆口位置 。

從云圖可發現，鑄件中的縮孔基本消失， Inspire Cast 指導意義明顯 。

7 利用Eolve 精心設計及渲染 

小結：

通過 Inspire 可快速獲得優化模型并快速建模，利用 Inspire Cast 可預測鑄件問題，縮短 模具研發周期及成本。對于新產品研發，基于 Inspire 平臺，可使工作快速、簡單地完成。

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