行業(yè)：交通/鐵路

    挑戰(zhàn)：優(yōu)化現(xiàn)有的鑄造部件設(shè)計(jì)，并以增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

    Altair 解決方案：基于仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法，使 用 solidThinking Inspire 進(jìn)行拓 撲優(yōu)化，并以 solidThinking  Evolve 進(jìn)行細(xì)化

    優(yōu)點(diǎn)：減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間 ; 改進(jìn)組件重量（質(zhì)量降低 70%），并增加了剛度 ; 應(yīng)用增材制造技術(shù)，深入洞察新的生產(chǎn)選擇

    背景介紹 

   作為可持續(xù)交通的推動(dòng)者，阿爾斯通專注于開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售鐵路領(lǐng)域的系統(tǒng)、設(shè)備和服務(wù)。阿爾斯通管理著市場(chǎng)上最為廣泛的解決方案，覆蓋從高速列車(chē)到地 鐵、電車(chē)，進(jìn)行定制服務(wù)（維修保養(yǎng)，現(xiàn)代化，…）和提供基礎(chǔ)設(shè)施及信號(hào)解 決方案。阿爾斯通是全球鐵路系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者。目前公司覆蓋 60 多個(gè)國(guó)家，擁有員工 31000 人。 

   在每一個(gè)行業(yè)，開(kāi)發(fā)工程師努力創(chuàng)造最佳的制造和開(kāi)發(fā)過(guò)程，以創(chuàng)造最好的產(chǎn)品。當(dāng)尋找完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決方案時(shí)，他們必須考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題。仿真技術(shù)的使用讓他們能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)，并在整個(gè)產(chǎn)品的創(chuàng)建過(guò)程獲得支持。

    挑戰(zhàn) 

   對(duì)于這個(gè)特定的項(xiàng)目，阿爾斯通工程師的任務(wù)是改善現(xiàn)有的一個(gè)鑄造部件的設(shè)計(jì)。他們想對(duì)這個(gè)部件進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其專門(mén)設(shè)計(jì)，用金屬增材制造的方式實(shí)現(xiàn)。目前該部件已應(yīng)用于阿爾斯通城市列車(chē)轉(zhuǎn)向架的大型機(jī)組中，用于支承防側(cè)傾系統(tǒng)。在第一次部件設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)針對(duì)所發(fā)生的工作負(fù)載看起來(lái)過(guò)于強(qiáng)壯，根據(jù)有限元（FE）模型顯示，安全系數(shù)也有點(diǎn)太高。

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    “我們對(duì)取得的成績(jī)非常滿意。我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了比之前更好的設(shè)計(jì)，可以在更短的時(shí)間內(nèi)滿足所有的結(jié)構(gòu)要求。我們計(jì)劃一直使用 solidThinking” 

                                                                                                                           Juan Manuel Romero 

                                                                                                                           阿爾斯通巴塞羅那公司結(jié)構(gòu)和計(jì)算工程師

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                          鑄造部件的原始模型

                          以 solidThinking Inspire 進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化

                          在 solidThinking Evolve 中細(xì)化模型

                          以 3D 打印方式實(shí)現(xiàn)部件 

    解決方案

   作為第一步，是使用 solidThinking Inspire?進(jìn)行分析，這個(gè)過(guò)程之前都是用有限元軟件 Altair HyperWorks?來(lái)完成，而 Inspire 與之結(jié)果完全一致。為了提高整體設(shè)計(jì)中，同時(shí)優(yōu)化材料的使用率，此時(shí)就要定義需要進(jìn)行優(yōu)化的空間，隨后進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。 

  經(jīng)過(guò) Inspire 多次迭代，獲得根據(jù)載荷工況而定制化的解決方案，隨后外部的形狀使用 solidThinking Evolve?進(jìn)行 細(xì)化。最后利用這個(gè)幾何形狀，進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析以進(jìn)行驗(yàn)證。下一步工作已經(jīng)在進(jìn)行中，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始籌備和分析部件，為增材制造環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。為此，阿爾斯通與當(dāng)?shù)?3D 打印公司合作商議此事。    為了處理仿真任務(wù)，阿爾斯通巴塞羅那公司應(yīng)用 HyperWorks 進(jìn)行網(wǎng)格劃分任務(wù)，并執(zhí)行靜態(tài) FE 分析。對(duì)于優(yōu)化和設(shè)計(jì)任務(wù)，工程師依靠 solidThinking 產(chǎn)品，主要是 Inspire 和 Evolve。 這些工具幫助他們解決諸如材料問(wèn)題，幾何精簡(jiǎn)，以及工業(yè)流程和設(shè)計(jì)之間的調(diào)整問(wèn)題等。 

  在工程師開(kāi)始重新設(shè)計(jì)用于支持防側(cè)傾系統(tǒng)的火車(chē)轉(zhuǎn)向架部件之前，他們已經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。由于有限元模型表明安全系數(shù)有點(diǎn)太高，所以又使用 solidThinking Inspire 進(jìn)行了分析，獲得的結(jié)果與之前完全相同。為了 在優(yōu)化材料使用的同時(shí)改善整體設(shè)計(jì)，工程師增加了設(shè)計(jì)體量，以擴(kuò)展優(yōu)化選項(xiàng)。對(duì)于隨后的拓?fù)鋬?yōu)化，工程師首先創(chuàng)建了一個(gè)設(shè)計(jì)空間，然后應(yīng)用負(fù)載和其他邊界條件，并最終根據(jù)該輸入進(jìn)行優(yōu)化。隨著 Inspire 進(jìn)行了幾次迭代， 其中設(shè)計(jì)空間發(fā)生變化，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了各種不同的負(fù)載情況和邊界條件，開(kāi)發(fā)了定制解決方案。最后，使用 solidThinking  Evolve 對(duì)外部形狀進(jìn)行了改進(jìn)，并通過(guò)詳細(xì)的 FEM 分析再次驗(yàn)證了該幾何符合設(shè)計(jì)要求。                                                                                                        

           基于現(xiàn)有的焊接管件設(shè)計(jì)                                          定義設(shè)計(jì)空間                    solidThinking Inspire 中的優(yōu)化結(jié)果

    結(jié)論 

    使用 HyperWorks 結(jié)合 solidThinking 的解決方案，阿爾斯通收到了很好的效果。“我們對(duì)取得的成績(jī)非常滿意。 我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了比之前更好的設(shè)計(jì)，可以在更短的時(shí)間內(nèi)滿足所有的結(jié)構(gòu)要求。我們計(jì)劃一直使用這些工具” 阿爾 斯通巴塞羅那公司結(jié)構(gòu)和計(jì)算工程師 Juan Manuel Romero 說(shuō)道。 

              solidThinking Inspire，solidThinking Evolve 和 Altair HyperWorks 組成的解決方案幫助工程師完成工藝和支撐結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。基于這種仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)使用 solidThinking Inspire 和 HyperWorks，工程師可以徹底改變產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 的方式。結(jié)果就是，用更短的開(kāi)發(fā)流程開(kāi)發(fā)出了更好的產(chǎn)品。除此之外，重新設(shè)計(jì)過(guò)的部件較之前的設(shè)計(jì)，整體重量節(jié)省了約 70%。

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