利用OptiStruct進行客車車架減重17%且不降低客車性能和安全性
行業：汽車
挑戰：降低新客車平臺重量
Altair 解決方案：使用尺寸優化改變車輛鋼架的 厚度，去除不必要的材料。
優點：減重17% ；滿足所有安全標準
背景介紹
當前隨著全球燃油成本的提高促使車輛制造商需要生產更高效的節能產品來滿足客戶的需求。客車制造商生產的車輛要為多年運營車輛的交通局和私營公司使用者盡可能減小運營成本。
在交通運輸行業越來越受歡迎的提高燃油效率的解決方案之一就是減小車輛部件和結構的重量。重量越輕，車輛前行需要的能量就越少，同時采用更輕、更小、更環保的發動機使車輛能夠保持理想性能。
NEPTECH(New Product Technology Center)是越南科學技術部下的一個自治機構。它的任務是為當地工業進行科學研究和技術交流活動。作為其研究活動的一部分，NEPTECH參與了當地一個大型公共交通運輸車輛制造商的研發計劃。客戶需要開拓新的車輛減重方法來提高燃油效率和實現成本目標。
看到Altair自主客車平臺Altair BUSolutions LCO-140H的研發和優化成績后，NEPTECH選擇Altair ProductDesign團隊來輔助項目的進行。
挑戰
公共交通運輸行業的減重問題可以通過兩種主要方法來實現。第一，可選擇更輕的客車材料，例如將傳統的鋼材換成鋁、塑料甚至是復合材料。第二，車輛本身可重新設計或優化，去除一些不必要的重量或盡可能減少使用材料但同時仍能滿足剛度和安全標準。
項目的目標是在不影響乘客安全性的前提下降低客車重量。客車結構的最后設計必須滿足“ECE R66”標準。該標準規定客車的上部結構在客車傾覆時有足夠的強度來避免大的變形。如果失敗，變形的車架會侵入車廂造成乘客受傷。
“Altair成功地證明通過仿真（尺寸優化），一輛24座的城間客車車架可減重17%， 同時仍保持所有的設計和運行性能。”
Tri Nguyen
NEPTECH設計經理
解決方案
在定義一個大致的車輛結構外形之后，Altair ProductDesign團隊構建了車架的有限元模型用于后續的優化。
經過初步研究發現最有效的減重方法是調整鋼架的厚度，安全去除一些不必要的材料。為了確定車架何處的厚度可以變化，Altair采用了尺寸優化的方法來實現。
該過程的第一步是基于客車預期性能的目標設置。這些目標包括：
扭轉剛度評估：當車輪遭遇凸塊或坑洼及在轉彎時平穩
抗彎剛度評估：支撐乘客、座椅和其它配件的負載
自然頻率提取：振動水平可引起舒適性和噪聲問題
目標設定好后，Altair ProductDesign車輛研發專家就進行優化設計，對車輛不同的使用工況施加一系列預定力和載荷。 另外還確定了很多設計約束，一些車架的非設計空間，即不能改變的部分如門的位置、底盤安裝板、地板支撐、座架和箱 形架。
Altair團隊采用HyperWorks系列產品下的設計優化工具OptiStruct進行尺寸優化設計。
一旦工程師團隊確定并審核了優化設計方案，就可以采用慣性釋放分析來驗證新的設計。對基準設計和優化設計施加標準G載荷來提取作用在輪胎上的力。
帶有所有增加的重量和安裝物的有限元模型用于設計的驗證。慣性釋放的工況包括剎車、轉彎和加速。
結論
尺寸優化的方法成功地對基準設計進行了重量優化。在保持車輛設計和運營性能的同時，車架總重減小了17%。扭轉 剛度稍稍減小但仍在客車車架最低要求之上。相比基準設計，頻率特性有一定的提高。對于傾覆分析，按照ECE R66標準， 基準設計和優化設計在30°時均為“穩定”的。另外考慮到優化模型整個客車的尺寸來說，侵入數值大小成功地維持在較低 的水平。
通過對車架采用尺寸優化成功地減輕重量，NEPTECH客車制造商有信心新的設計可以降低燃油消耗和二氧化碳排放。
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