行業：農業機械，通用機械

    挑戰：重新設計原來為焊接的懸架部件作為鑄件，同時改善重量和耐久性。

    Altair 解決方案：用 Altair Inspire 進行拓撲優 化。

    優點：耐久性提高了 2.5 倍；重量減輕 8%；降低生產成本；為使用附加模塊的客戶提供更高的靈活性

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    項目介紹

    Amazone 開發和生產具有高標準質量且具有創新技術農業機械，支持現代化、經濟的耕作方法。 考慮到這些標準，Amazone 利用先進的開發工具，流程和制造方法為客戶的成功做出貢獻。

    農業機械在極其惡劣和極端變化的條件下使用。除了服務質量和備件的可用性之外，產品壽命是農民需要考慮的主要購買標準。 在開發新產品時，制造商不僅要在價格上具有競爭力，還必須考慮產品的耐用性，因為這方面會影響制造商在市場上的聲譽。

    挑戰

    在過去十年中，農業機械和相關設備的效率大幅提高。 通過提高地面覆蓋率，例如，更高的吞吐率、擴大的切割單元和更高的儲罐容量，整體生產率得到顯著提高。 但是，對于惡劣的操作條件，設備必須仍然足夠堅固，并且設計改進不得導致最終產品的更高價格。

    這是新的開發和制造流程發揮作用的地方。除了通過使用特定于負載的結構設計在生產過程中節省的材料資源之外，還可以通過有針對性的、面向制造的優化開發流程來提高產品耐用性和重量，并且最終用戶無需額外成本。

    Amazone 最近進行了一個項目，對土壤耕作裝置的懸架部件進行了優化，以評估部件的材料使用和耐久性。 該裝置是牽引式圓盤耙，Catros-2TS，由拖拉機牽引，可用于不同的配置。 緊湊型圓盤耙用于劇烈攪拌和淺耕（工作深度達15 厘米）。

    輕量化這一組件為農民提供了另一項好處。使用更輕的懸架部件，農民在可供選擇附加設備上可能有更多的選擇。例如，如果需要，他可以選擇較重的滾輪進行更密集的土壤重新固結，并且使用較輕的懸架部件不會超過總體允許的軸載荷。

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    “為了優化結構，我們使用了 Altair Inspire。 由于鑄件的負載特定結構，耐用性提高了 2.5 倍，而重量

減少了 8%。 新型懸架部件已投入使用，并將 Amazone 的制造成本降低了三分之一?！?/p>

                                                                                                                                    Sebastian Kluge

                                                                                                                                     Amazone

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                                                                              原始焊接結構的 CAE 模型   

                                                   除了設計空間之外，還在 Altair Inspire 中定義了非設計空間

                                                   區域，其中結構未被修改，例如在支撐點或圓柱連接處

                                                    基于先前定義的載荷和邊界，Altair Inspire 計算最佳結構

    解決方案

    從焊接結構到鑄造部件

    最初，Catros-2TS 是一個相當復雜的焊接部件，重量為 245 千克，包括加入單個部件所需的總共 16.5 米的焊縫。

    這種焊接量使生產非常耗費時間和成本。 每年大約生產 350 個這種組件。 為了實現優化組件制造工藝和延長其使用壽命的目標，Amazone 工程師不僅對組件的設計進行了仔細研究，還評估了新的制造方法與拓撲優化相結合可能帶來的潛在好處。

    優化懸架部件的仿真和鑄造技術

    第一步是評估使用鑄造工藝生產的部件的重量減輕和性能提升。為此，工程師進行了前期拓撲優化。 此外，Amazone 采用仿真驅動的設計流程來消除不必要的設計迭代，并更快地完成最終設計。這些任務由 Altair 的結構求解器和優化工具 OptiStruct 和 Inspire 處理。

    工程師期望鑄造方法有幾個優點。 由于組件可以一體鑄造而不需要焊接，因此生產更簡單，并且該過程不易出錯。 由于使用優化工具創建的優化結構設計，工程師希望看到制造過程顯著降低成本和優化的潛力。

為了優化結構，工程師們使用了Altair Inspire。 首先，他們定義了可能的設計空間和邊界條件，例如載荷、所需剛度和制造限制。還定義了結構不被修改的非設計空間區域，例如在支撐點或圓柱連接處。通過定義和應用對稱平面進一步減少了計算時間，這有助于更快地獲得結果。通過這些輸入，軟件計算出需要多少材料以及必須放置哪個位置以滿足結構強度等要求。

    從優化結果中，工程師創建了詳細設計，然后使用 OptiStruct 在FE分析中進行評估。 與焊接結構相比，鑄造結構實現了更輕的重量和更平滑的結構過渡，從而減少了剛度變化。與原始組件的焊縫中的載荷相比，新設計的鑄造材料的總載荷顯著降低。由于鑄件的負載特定結構，隨后的物理測試顯示耐久性增加了2.5 倍，而重量減少了8%。

                                                                在 Altair Inspire 中再次優化優化過的幾何體

              與焊接結構（左）相比，鑄造結構實現了更輕的重量和更平滑的結構過渡，從而減少了剛度變化

    結論

   新的懸架部件已經投入使用，與之前的焊接結構相比，Amazone 的制造成本降低了三分之一。 由于鑄模的可重復使用性，模具成本很快就能攤銷。 客戶可以從附加模塊的更高靈活性和更長的產品壽命中受益。

   目前，Amazone 工程師正在利用拓撲優化和 3D 打印的組合，進一步優化鑄件結構和制造工藝。 Altair 與其合作伙伴voxljet 展示了這種方法的最佳實踐案例。在這個過程中，使用 3D 打印創建了一個失蠟鑄造模具，并且該組件的結構經過優化并受到自然形狀的啟發，完全符合 3D 打印的要求。仿真和優化運行已經結束，并且可以進一步節省約 11%的重量，同時將耐久性和剛度保持在與鑄造部件相同的水平。最終成本計算仍在進行中，并且將成為 Amazone 決定是否將此流程用于批量生產的關鍵因素之一。

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