結構輕量化
關注創建者：斯姆勒數值仿真技術研究院 創建時間：2019-08-23
結構輕量化的視頻教程
結構輕量化的實例教程
本課程基于ANSYS Workbench平臺，全面系統詳實的講解結構靜力分析、模態分析、屈曲分析，動力學分析與基于優化的輕量化設計過程，重點講解不同載荷和位移約束含義和工程應用，結合強度理論對計算結果的判斷和結構的輕量化設置并通過實例強化軟件的使用和解決實際問題的能力。課程采用講解、實操、答疑的方式幫助學員解決實際遇到的問題。宏新環宇信息化咨詢中心（http://hxhycae.com）特舉辦“ANSYS工程結構分析與輕量化優化設計”專題培訓。具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）理解工程結構有限元分析和輕量化設計優化的原理；
（二）掌握工程結構分析技巧和結構安全評估的方法；
（三）掌握輕量化優化分析技巧和結構安全評估的方法。
二、時間地點：2017年04月21日-04月24日 北京 (第一天報到，授課3天)
三、主講專家：
寧老師，力學博士，17年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
展開 2.材料選擇
汽車零部件材料輕量化和結構輕量化兩者相輔相成，在選用合適材料輕量化基礎下，借助結構輕量化最大限度地實現踩踏板輕量化。所選材料既要保證零部件強度要求，又要實現減輕車身自重的目標。目前汽車常用輕量化材料有高強鋼、鋁合金和復合材料。
2.1高強鋼
高強鋼在汽車制造中應用非常廣泛，主要用于防撞桿、骨架、立柱等汽車零部件，是汽車應用最多的材料之一，強度遠超傳統鋼制材料，是汽車輕量化常用材料。高強鋼輕量化手段是提高強度、減薄厚度，以實現輕量化。但在實際使用過程中會面臨諸多難題，例如：隨著鋼板強度的提高，高強度鋼韌性、成形性、焊接性會隨之下降。
2.2鋁合金
鋁合金具有與鋼制材料相同等級的強度，其密度僅為鋼材的1/3，比強度較高，是汽車零部件較為常用的輕質材料。鋁合金型材具有較好的抗沖擊能力，是鋼材的2倍，可顯著提升汽車的碰撞強度。鋁合金型材在汽車制造過程中已表現出舉足輕重的作用，主要用于殼體、內外板等汽車零部件，將來在汽車輕量化進程中的應用會越來越廣泛。
2.3復合材料
隨著人們對汽車防腐、美觀和舒適等方面需求的不斷增加，非金屬材料在汽車制造過程備受關注，復合材料則是汽車輕量化過程中具有代表性的非金屬材料。復合材料具有質量小、易設計、耐腐蝕等特點，主要用于儀表盤、翼子板等汽車零部件，但由于復合材料成本較高，限制了其應用范圍。
2.4材料對比
表1對高強鋼、鋁合金和復合材料特點進行了對比，踩踏板輕量化過程需要考慮減重效果、安全性和成本等綜合因素，根據3種材料的對比可知，鋁合金材料最適合作為踩踏板輕量化材料。
展開 4
新能源汽車結構優化設計方法
實現新能源汽車輕量化主要有三個途徑：使用材料、生產工藝和優化汽車結構。通常情況下優化汽車結構，可通過減少材料和車重實現安全和性能要求。通過優化車身結構實現汽車輕量化是目前最為有效的途徑。其中減少汽車車身、減少車架重量是減少汽車總重量的主要途徑。此外，優化新能源汽車結構設計還從逆變器小型化、驅動電機小型化等方面進行考慮。逆變器小型化通過縮減體積大小，減少能量損害，從而減少發熱損失。驅動電機小型化通過縮短線圈、降低線圈材料使用等方式，提高線圈利用率。
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結語
綜上所述，在社會經濟發展中，汽車已經成為人們生活中必不可少的出行工具。隨著汽車數量逐漸增多，對環境造成的惡劣影響，讓人們不得不重視環境保護意識。因此在汽車行業發展中，汽車輕量化已成為未來發展趨勢，只有不斷完善輕量化體系、提升對輕量化材料認知，才能推進汽車輕量化發展。
展開 聯合使用尺寸與形狀優化可以較大程度地改善模型的應力水平，并且質量降低了20.7%，達到了輕量化的設計目標。
關鍵詞：防撞柱;有限元;輕量化;HyperWorks;
隨著鐵路行業的發展，內燃機車的設計趨向于高速重載，機車結構輕量化也成為重要的關注點。機車輕量化可以降低軸重、降低牽引功率、減少能耗、提升運行品質、降低制造成本。機車輕量化一般從2個方面入手：①使用強度高、質量輕、性能優異的新型材料代替傳統的碳鋼材料，但會導致制造成本的增加；②通過合理的結構設計和布局，在滿足機車使用要求的前提下，降低材料的使用量。
傳統的結構輕量化，通常由設計師根據經驗，參照有限元應力結果進行結構的調整，更改零件的尺寸和局部的細節，然后再進行仿真分析驗證，通過優化—仿真—優化這樣一次次的循環嘗試，得到最終的結構輕量化模型。輕量化的過程是反復且冗長的，工作效率低下，設計周期增加，這種方法具有很大的主觀性和局限性。隨著計算機輔助工程的發展，結構優化技術日益成熟，并且應用廣泛。尺寸優化和形狀優化是仿真軟件HyperWorks的優化模塊OptiStruct提供的優化方法，應用于產品的詳細設計階段，是關于模型細節方面的優化設計。尺寸優化通過改變結構單元的屬性，如殼單元的厚度、梁單元的橫截面屬性、彈簧單元的剛度等，以達到應力、質量、位移或者其他的設計要求；形狀優化通過修改結構的幾何邊界，得到結構的最佳形狀以減小應力集中，改善力學性能，增加構件剛度[1]。
本文研究將尺寸優化與形狀優化應用于內燃機車結構輕量化設計的方法。以某型內燃機車司機室防撞柱為對象，使用有限元分析軟件HyperWorks完成該模型的結構強度仿真，并對模型進行輕量化設計改進，在滿足設計要求的前提下，結構質量降低了20.7%，達到了輕量化的目的。
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時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓撲優化仿真解決方案
2.輕量化結構設計案例分析
講師：
鄭偉巍 | Ansys 高級應用工程師
鄭偉巍，Ansys高級應用工程師。畢業于哈爾濱工業大學熱力渦輪機專業，20年不同領域的結構有限元仿真應用經驗。目前負責Ansys結構產品技術支持工作，主要負責產品：Mechanical，Ncode，Motion。
形式：線上
費用：免費
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技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業領域逾二十年的專業技術平臺。
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輕量化結構設計案例分析。
輕量化浪潮下的技術風口
在 AR/VR、車載成像、消費電子等領域對 “輕、薄、高清” 的極致需求驅動下，超表面成像技術正從實驗室走向產業化，成為顛覆傳統光學的核心路徑。但超表面設計 “跨尺度難、算力成本高、設計閉環斷裂” 等痛點，嚴重制約技術落地。
超表面是由亞波長（小于工作波長）微納結構單元周期性 / 非周期性排布的二維人工光學器件，厚度僅為傳統透鏡的
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內容簡介：
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5/12 | Ansys 結構輕量化優化設計解決方案及案例分析
主題簡介：1. Ansys Mechanical 拓撲優化仿真解決方案；2. 輕量化結構設計案例分析。
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5/13 | Ansys高校系列專題：方程式賽車的智能化仿真設計
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投影物鏡組調用光學數據庫，設計多片式球面與非球面混合結構，結合輕量化 CAD 核心完成光機一體化建模，嚴格控制元件公差與裝配精度，避免機械結構對光路產生干擾。
參數設置
對系統關鍵參數進行標準化配置以匹配實際工況。光源中設置中心波長及光線數量以保證統計精度；DMD 芯片微鏡反射率設定為高反膜參數，偏轉角度與實際器件一致。
隨著聚變技術的不斷發展，小型化、緊湊型托卡馬克裝置逐步興起，這類裝置具有體積小、成本低、部署靈活等優勢，適用于科研實驗、小型示范等場景，同時也對聚變電源提出了輕量化、集成化的新需求。相較于大型托卡馬克裝置的電源系統，小型化聚變裝置的電源需在更小的體積內實現高功率、高精度輸出，具備集成度高、重量輕、便于安裝等特點。
為適配小型化聚變裝置的需求，國內企業逐步推進聚變電源的輕量化與集成化研發
OAS軟件提供輕量化解決方案2個月前
緊湊型望遠鏡案例分析
簡介
緊湊型望遠鏡作為便攜觀測類光學核心設備，以反射鏡緊湊排布實現光路折疊與像差校正，在壓縮體積的同時保障望遠成像效果，是便攜觀測、安防偵察及消費級觀景設備的關鍵組件，其光學結構的合理性直接決定成像分辨率、視場范圍與設備便攜性，需嚴格滿足輕量化與高成像的雙重設計標準。本項目基于 OAS 光學軟件，通過光機一體化建模、多維度像差校正與雜散光優化，構建高性能緊湊型望遠鏡光學方案
數字高壓比例閥具備哪些主要功能？2個月前
動態響應與快速切換
面對需要頻繁啟停或快速變載的工況，數字比例閥展現了驚人的動態響應速度，優化的電磁驅動結構和輕量化閥芯設計，使得閥門能在毫秒級時間內完成從全關到全開的切換，且無過沖或振蕩現象，這一特性在注塑機鎖模控制、汽車制動系統測試等應用中表現尤為突出，有效提升了生產節拍和產品一致性。
4.
當你盯著空白的設計畫布，糾結如何在結構強度與輕量化之間找到最優解；當研發周期被反復的物理試錯拉長，材料成本在一次次迭代中悄然攀升 —— 每個設計工程師、產品設計師和建筑師，或許都曾陷入這樣的困境。
但現在，Altair Inspire 正在重新定義 “設計從 0 到 1” 的路徑，讓 “仿真驅動設計” 不再是行業里的概念，而是你觸手可及的高效工具。
