行業(yè)：軌道車輛

    挑戰(zhàn)：設(shè)計以一款工況復(fù)雜的輕型列 車

    Altair 解決方案：采用HyperWorks進行設(shè)計

    優(yōu)點：仿真和現(xiàn)實的高度吻合；快速可靠的結(jié)果

    背景介紹 

    Stadler Rail 是行業(yè)內(nèi)一家充滿活力的公司。Stadler 在歐洲的六個工廠擁有 2000 名員工，主要為區(qū)域和當?shù)罔F路公司制造輕軌高速列車和有軌電車，同時也 是齒軌鐵路市場的領(lǐng)先供應(yīng)商。該公司采用模塊化、可擴展的理念設(shè)計以客戶為導 向的解決方案，旨在滿足客戶的特定需求。該公司的靜態(tài)/動態(tài)/認證部門（負責對 Stadler 的 CAD 軌道車輛模型進行 CAE 仿真）采用 Altair HyperWorks 工程框架成 功開發(fā)了一款稱作冰川快車(Glacier Express)的輕型火車，乘客可乘坐這款列車開 啟一場激動人心的阿爾卑斯山探險之旅。借助 HyperWorks 工具，該部門得以快速、 高效地完成整個開發(fā)過程。 

    冰川快車由瑞士雷蒂亞鐵路公司負責運營，在瑞士著名的豪華觀光線路采爾馬特- 圣莫里茨上往返運行。它全程跨越多座橋梁、穿越多條隧道，還要翻過多個隘口，包括 海拔 6,669 英尺（2,033 米）的歐伯拉普山道。考慮到蜿蜒爬行的需要，該鐵路公司要 求提供六節(jié)總重量不超過 135 噸的輕型鋁制結(jié)構(gòu)車廂。為此，Stadler 采用 HyperWorks  工具（包括 HyperMesh 和 OptiStruct）進行設(shè)計工作，不僅滿足了對方的上述要求， 同時也保證了緊湊的開發(fā)進度。 

       

---

    “我們非常喜歡 HyperWorks 的開放式平臺結(jié)構(gòu)，因為使用這一工具套 件，我們解脫了只能搭配使用單個有限元求解器的束縛。”  

                                                                                                               Alois Starlinger博士 

                                                                                                               瑞士Stadler Rail公司                                                                                                                

---

    解決方案

    結(jié)構(gòu)工程師先在 CATIA V 中構(gòu)造出首批冰川快車軌道車輛模型。Starlinger 的團隊隨后使用 HyperWorks 對模型進行了網(wǎng)格 劃分，并對系統(tǒng)行為進行了分析和優(yōu)化。 

   “HyperWorks 幫我們實現(xiàn)了所有的預(yù)期，”Starlinger 說，“我們可以把輸入文件直接讀入有限元求解器 ABAQUS，而無需 做任何編輯。利用 HyperWorks，我們很快完成了設(shè)計優(yōu)化，并達到了目標重量。”  

    仿真與現(xiàn)實的高度吻合 

    由于開發(fā)周期日益緊迫，樣機設(shè)計在當今的鐵路行業(yè)已不常見。相反，列車會直接根據(jù)優(yōu)化的模型來制造，并且不會在交付 前進行試驗。 

    “這就使仿真的可靠性變得極其重要，”Starlinger 說，“我們必須能夠完全依靠仿真結(jié)果，以免對模型進行不必要的修改。” 經(jīng)過列車合格鑒定階段的多次抗壓試驗，證明 HyperWorks 仿真的確具備可靠性。項目團隊還對軌道車輛進行了特定的離合 器和側(cè)減震器壓力測試。這一系列測試表明，仿真結(jié)果與實際的測試結(jié)果高度吻合。 

    “我們認真進行了多次比較分析，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果是完全可靠的，”Starlinger 說，“我預(yù)計，對純金屬軌道車輛結(jié)構(gòu)進行抗壓 測試的做法最終會被淘汰，取而代之的將是我們正在使用的這種仿真。”

    轉(zhuǎn)變構(gòu)造方法 

    仿真技術(shù)同時也在改變著 Stadler 對組件的開發(fā)方式，使他們得以創(chuàng)造出全新的評估方法。在冰川快車這一項目中，玻璃窗 和門口上方的復(fù)合材料夾層車頂需要完全粘合到車體上。“借助仿真，我們得以確定理想的膠接方法并優(yōu)化生產(chǎn)，”Starlinger 說， “我們還在合格鑒定之前完成了對膠接方法的測試。在膠水供應(yīng)商的配合下，我們進一步完善了從結(jié)構(gòu)上進行膠接的操作指導， 并確認可以在生產(chǎn)過程中運用這些指導。” 

    利用仿真技術(shù)，以往使用傳統(tǒng)開發(fā)方法無法實現(xiàn)或會產(chǎn)生大量風險的構(gòu)造方法得以實施。現(xiàn)在，一部分構(gòu)造步驟可以由仿真 來代替，從而有效降低項目開發(fā)風險。

    快速可靠的結(jié)果 

    2003 年，Stadler 的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)迅猛增長并迫切需要將開發(fā)風險最小化，為此，他們組建了自己的仿真部門。該部門從創(chuàng)立之 初就一直使用 Altair 軟件。讓 Starlinger 尤其滿意的是 HyperWorks 的有限元建模器 HyperMesh 所具備的前處理與后處理功能。     

    “HyperMesh 為我們創(chuàng)造了極大的靈活性，”Starlinger 說，“我們可以非常高效地將 CATIA V 計算機輔助設(shè)計 (CAD) 模型 直接轉(zhuǎn)換成有限元模型。此外，HyperWorks 還使我們能夠快速地計算和分析大型模型。”

    “對我們來說，軟件的可靠性也非常重要。我們在裝有 Windows XP 和 Windows 2000 的 PC 工作站上運行 HyperWorks， 以高達 350 萬個自由度和多達 700,000 個單元無錯誤地構(gòu)造模型。我們使用 HyperWorks 在配有 2GB 內(nèi)存和 3.4GHz 處理器的 PC 上進行前處理和后處理，模型的計算速度快得令人驚訝。”                                               

                    

    結(jié)論 

    Stadler 正在迅速擴展 CAE 的使用。“目前，我們的業(yè)務(wù)狀況非常好，預(yù)計未來會有進一步的增長，”Starlinger 說，“我們需 要雇傭更多的員工和獲得更多的 HyperWorks 許可證。我們計劃增加 HyperWorks 模塊的使用，例如使用 OptiStruct 進行數(shù)值優(yōu) 化。”   

---

    【想獲得更多信息，請加技術(shù)鄰微信客服 jishulink888。也可以申請試用、免費測算、報名培訓、研發(fā)人員20人以上的企業(yè)可以申請免費上門內(nèi)訓】