行業(yè)：重型機(jī)械

    挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)無法到達(dá)設(shè)計(jì)要求。

    Altair 解決方案：利用 solidThinking Inspire 優(yōu)化技術(shù)獲得材料的最佳承力結(jié)構(gòu)。

    優(yōu)點(diǎn)：以優(yōu)化引領(lǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；提升整個(gè)流程效率

    背景介紹 

   隨著社會的發(fā)展以及技術(shù)的進(jìn)步，無論是國家有關(guān)節(jié)約的政策號召，還是制造企業(yè)降低成本的實(shí)際需要，都要求設(shè)計(jì)人員用更系統(tǒng)、更科學(xué)的設(shè)計(jì)思路和方法， 保證產(chǎn)品高質(zhì)量的前提下，使用盡量少的材料，以最大限度的節(jié)約成本。而引入仿真優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這些目的的較好手段。 

   仿真優(yōu)化技術(shù)源于馬克思威爾理論和米歇爾桁架的研究，在過去的十幾年中，許多工程師在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論研究和工程應(yīng)用方面做了相當(dāng)多的努力。尤其在汽車行業(yè)，許多公司為了改善產(chǎn)品、提升性能，在節(jié)能、減重等方面做了大量的努力，在應(yīng)用上取得了很多成果。

   仿真優(yōu)化技術(shù)以其有效節(jié)省材料，降低成本的特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。安徽合力股份有限公司以叉車轉(zhuǎn)向橋橋體設(shè)計(jì)為例，借助 Altair 公司的 solidThinking  Inspire 軟件，將優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段并在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮作用，結(jié)果表明，整個(gè)過程可以有效的縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)效率。

    挑戰(zhàn) 

    在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程中，往往優(yōu)化工作是在詳細(xì)設(shè)計(jì)完成并形成完整數(shù)字模型后，CAE 工程師才根據(jù)數(shù)字模型進(jìn)行優(yōu)化并提出優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)人員根據(jù)優(yōu) 化方案調(diào)整后往往再次由 CAE 工程師進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后再設(shè)計(jì)。即“設(shè)計(jì)---論證 ---再設(shè)計(jì)”的模式，這樣一方面會消耗大量的時(shí)間，一方面詳細(xì)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，往 往由于開發(fā)周期的限制，一些大的改動(dòng)已經(jīng)不能接受，往往由于種種限制，優(yōu)化得 到的并不是真正的最終方案。 

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    “在接觸到 Altair 公司 solidThinking Inspire 后，我眼前一亮，它應(yīng)用于設(shè)計(jì) 周期的最前端即概念設(shè)計(jì)階段，由設(shè)計(jì)工程師使用，根據(jù)構(gòu)件的受力，支撐等因素，利用優(yōu)化技術(shù)獲得材料的最佳承力結(jié)構(gòu)” 

                                                                                                              常亮 袁正 李戈操

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  解決方案

    合力的設(shè)計(jì)工程師們在設(shè)計(jì)叉車轉(zhuǎn)向橋橋體時(shí)，引入 solidThinking Inspire，在設(shè)計(jì)周期的最前端，即概念設(shè)計(jì)階段使用拓?fù)鋬?yōu)化的方法設(shè)計(jì)前期方案。 定義叉車轉(zhuǎn)向橋橋體設(shè)計(jì)空間時(shí)，由于轉(zhuǎn)向橋受載后：轉(zhuǎn)向節(jié)與上橋體壓緊，與下橋體分離，因此主要承載為轉(zhuǎn)向橋上橋體。下橋體只受主軸變形后的彎矩作用，同時(shí)因?yàn)橹苯釉谵D(zhuǎn)向節(jié)上加力避免了手工移置載荷帶來的誤差，因此在設(shè)計(jì)空間中建立了轉(zhuǎn)向節(jié)的模型并定義為非設(shè)計(jì)空間。根據(jù)叉車輪距并考慮避讓橫置油缸位置建立“工”字結(jié)構(gòu)作為設(shè)計(jì)空間。 定義非設(shè)計(jì)空間：上橋體和轉(zhuǎn)向節(jié)連接，下橋體和轉(zhuǎn)向節(jié)之間留有間隙，模擬上橋體主要受力，下橋體受彎矩的真實(shí)受載 情況；并合理布置支撐軸位置，在保證最小離地間隙的前提下獲得更好的整車穩(wěn)定性。

                                                                        圖 1: 定義叉車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)空間

                                                                        圖 2：定義形狀控制

                                                            圖 3 優(yōu)化結(jié)果解讀

    在 solidThinking Inspire 中，需要定義部件所承受的受力及約束條件，也可以同時(shí)定義在多種工況下進(jìn)行優(yōu)化，以保 證構(gòu)件在不同工況下均符合要求。在本項(xiàng)目中，約束位置為橋體中心支撐軸，為防止完全約束兩端導(dǎo)致剛度過大的問題， 放開一端軸向約束，在轉(zhuǎn)向節(jié)上加載載荷，叉車轉(zhuǎn)向橋受力最大的工況主要有最大側(cè)向力工況和最大垂向力工況因此由兩 種工況聯(lián)合優(yōu)化。 運(yùn)行后即生成了優(yōu)化結(jié)果，之后設(shè)計(jì)師便可根據(jù)這些結(jié)果進(jìn)行解讀，即以 solidThinking Inspire 結(jié)果為參考，利用三 維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品，雖然再次回到了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段上，但有了前期這個(gè)結(jié)果作為依據(jù)，設(shè)計(jì)過程也就更加有的放矢了。 再根據(jù)設(shè)計(jì)得到的轉(zhuǎn)向橋模型，由 CAE 工程師進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化，得到最終方案。保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，掏除部分材料， 降低了成本，同時(shí)也提高了可鑄造性。                                                                     

    最后，經(jīng)過 CAE 仿真分析，最終方案強(qiáng)度、剛度均符合要求，并且由于結(jié)構(gòu)布局良好，所需材料也少于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，減 少了成本，提高了可靠性。

     結(jié)論 

    利用 solidThinking Inspire 軟件協(xié)助設(shè)計(jì)叉車轉(zhuǎn)向橋，在設(shè)計(jì)早期引入優(yōu)化的觀念，考慮橋體的最佳受力狀態(tài)，得到 的最終設(shè)計(jì)方案在后續(xù)的優(yōu)化過程中只需針對局部細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，避免了可能出現(xiàn)的重大變化，保證設(shè)計(jì)出最優(yōu)的產(chǎn)品， 同時(shí)也減少了設(shè)計(jì)人員和 CAE 人員反復(fù)溝通的時(shí)間，大大縮短了開發(fā)周期。

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