高速電動輪輕量化設計的案例
實現減重25% 用于電動汽車的輕量化高速變速箱
在一個“設計、生產用于電動汽車的輕量化金屬-復合材料變速箱”的項目中，CompoTech公司、布拉格捷克理工大學、韓國機械與材料研究院和三洋減速機公司協同工作，減輕了25%的重量，并憑借高振動阻尼而降低了噪聲。
變速箱主體由復合材料與金屬嵌件制成
該項目的目標是，開發用于電動汽車的輕量化高速變速箱，變速箱主體由復合材料與金屬嵌件制成以提供支撐表面。CompoTech公司設計并生產了齒輪箱殼體的上半部分，并正在生產更加復雜的下半部分，同時還開發了強度和疲勞試驗軸。該變速箱殼體和軸由許多零件組成，它們由粘合劑進行粘接。
強度和疲勞試驗軸
為支持變速箱的設計，采用各種類型粘合劑的試驗樣品得到了設計、生產和測試。布拉格捷克理工大學通過試驗和有限元分析，為設計和開發提供了支持。韓國的合作伙伴則提供了變速箱的技術規格，并將完成對變速箱的組裝和測試。
捷克技術局對此提供了財政支持。該項目自2016年開始運行，將于2019年10月結束。
展開 電動汽車車架的尺寸優化暨輕量化設計
某電動車公司推出一款微型電動車，適用于保衛、觀光、代步和運輸等多種用途，該車經有限元分析表明，仍具有一定的輕量化設計空間，通過減輕車架質量，一方面降低成本，另一方面也可提高電動車的續航里程。電動車車架如圖1所示。該電動車為脊梁式結構，中部為電池框，前軸和后軸分列電池框前后。該車架采用Q235矩形鋼管，初始整備質量（含兩名乘員150Kg）653Kg。
圖1 車架示意圖
1.有限元建模
使用Hypermesh建立車架的有限元模型，為滿足車輛行駛狀態下的極端工況要求，分別設置彎曲和扭轉兩個工況，動載系數參考相關資料設置為2.5和1.5.
選擇以所有的桿件的橫截面寬度和高度為設計變量，為滿足制造要求，對對稱件和相關的桿件進行尺寸關聯，保證優化過程中桿件間尺寸一致，設計變量可以選擇連續尺寸，也可以根據廠商所能夠買到的型材進行離散尺寸優化。以質量最輕為目標函數，材料的屈服極限、一階固有頻率、剛度和尺寸為約束。
2.優化結果
經過尺寸優化，在保證彎曲剛度、扭轉剛度和固有頻率不低于優化前的同時，車架質量下降14Kg，減重幅度達到17%。
展開 【技術帖】基于有限元分析的某電動汽車車身輕量化設計
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引言
輕量化技術是一種降低尾氣污染物排放的技術路線，在保證汽車整體各項性能的前提下，對汽車進行輕量化，可以有效降低汽車的質量，節省能源，減少尾氣排放。根據相關資料顯示，國外的乘用車和商用車在輕量化方面每10 年平均降質10%，整備質量的輕量化在未來依舊會降質20%，而我國在乘用車和商用車兩方面的輕量化研究都比較少，整備質量比國外同類型車的整備質量高10%～15%。電動汽車在國家政策的支持下蓬勃發展，以輕量化技術推動電動汽車協同發展是未來電動汽車發展的趨勢之一。
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有限元法簡介及仿真
1.1 有限元法簡介
有限元法是一種高效能、常用的計算方法。有限元的核心思想是結構的離散化。有限元方法解題步驟可歸納如下：
（1）結構離散化。將模型離散為若干相互連接、不重疊的單元。
（2）確定單元基函數。選擇合適的插值方式作為單元的基函數。在有限元分析中常用的有2種插值方式：位移法和混合法。位移法計算簡單，采用節點位移為未知量。混合法基本未知量有節點力和位移構成。采用位移法計算，就是利用節點位移來表述單元的位移、應力和應變。單元內任意一點的位移都可以用式（1）計算
（3）單元分析。
展開 電動化與輕量化 - 汽車底盤技術的挑戰
大批量生產的中低端車型依然裝配被動鋼螺釘彈簧。對于輕量化汽車來說，復合材料的板彈簧在成本持續下降后，有可能會得到應用。
來源：輕量化技術網
基于概念設計的汽車輪轂輕量化設計
摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設計階段對汽車輪轂進行結構尋優。用拓撲優化技術作為概念設計的方法，建立基于變密度拓撲優化方法的汽車輪轂概念設計數學模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設計有限元模型，然后引用折中規劃法解決多工況問題，在Optistruct結構優化軟件中建立汽車輪轂的優化模型和優化參數；利用拓撲優化技術在hyperworks軟件OSSmooth模塊構建了3種輪轂的創新型拓撲結構，分別將3種不同的拓撲結構導入CAD軟件進行二次設計，對二次設計后的新型輪轂進行有限元分析。結果表明：在滿足材料許用應力的前提下，7輻輪轂相比8輻、9輻以及原輪轂更滿足要求，質量比原輪轂減小12.2%。
關鍵詞：概念設計；汽車輪轂；拓撲優化；輕量化
0 引言
節能減排已成為汽車工業發展的主要方向，汽車輕量化是實現汽車節能減排的最佳途徑，合理的結構設計是汽車輕量化的有效手段。汽車輪轂是汽車的重要部件，在行駛過程中，汽車與地面之間的力和力矩都是由輪轂承受和傳遞，輪轂直接影響汽車的整體行駛穩定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性以及外觀形狀，對汽車的整體能源消耗和輪胎壽命有很大影響。我國汽車結構輕量化技術發展迅速，國內很多學者根據有限元仿真技術對汽車現有結構進行了優化，雖然達到了較好效果，但忽略了結構的概念設計階段。
概念設計作為機械產品重要的前期設計階段，很大程度上決定了客戶對產品的功能要求。相對于中后期的結構優化，早期的設計成本更低，設計自由度更高。通過概念設計階段科學的分析計算，建立較為理想的設計模型，減少了設計中后期因為改進需要進行的大量反復修改，既縮短了周期又降低了成本[1-3]。
展開 電動汽車電機懸置框架的安全性能和輕量化研究
②鋁合金材料框架的MPDB碰撞性能優于型鋼材料框架，并且鋁合金框架的整體重量減輕了2.8kg，輕量化效果顯著。
復合材料輕量化電動概念車“ItoP”亮相日本
近日，一款使用聚合物復合材料的電動汽車在日本大阪大學亮相。根據介紹，新車在維持強度的情況下實現了輕量化，并且延長了長行駛的距離，同時減小了對環境的影響。
據了解，本次亮相的電動概念車名為“ItoP”，可搭載3人，該車全長4.28米，重850公斤。而采用聚合物材質的原因是按照以往存在打薄后易損壞，做得又厚又硬則會變脆的特點。
會上，由東京大學高分子材料學教授伊藤耕三主導、大阪大學高分子合成化學特任教授原田明等人參與的研究項目利用超級計算機“京”及大型輻射設施“SPring-8”分析了聚合物被破壞時的分子結構，開發出了打薄后仍能保持強度的“柔韌”材料。根據模擬結果顯示，與采用鐵、玻璃等以往材料相比，用該材料可以使重量減輕約500公斤，也易于實現各種設計。大型廠商也為該材料運用于汽車提供了合作。
來源：汽車輕量化CFRP
展開 小天鵝工藝品概念設計和輕量化設計
技術鄰用戶：西藍花味甘
借助 solidThinking Evolve 自由的概念建模及渲染環境，設計師可以在創意階段自由發揮自己的創造力，將頭腦中的設計概念用三維的表現形式快速描述出來。將solidThinking Inspire和Evolve兩種工具結合，流程輕松效率高，很適合概念階段。
1、建模：
Evolve建模靈活修改方便，使用效率高。用多邊形NURBS化的曲面光順流暢。去掉多余的審美疲勞，簡單易上手
光順后模型雛形初現
多視角同時觀看模型，降低設計風險
2.使用solidThinking Inspire對天鵝頸進行優化，修飾一下天鵝頸
優化后結構如下圖所示：
基于優化結果在Evolve中對模型進行重構
3.在Evolve中對模型進行渲染，基于材料類型對模型進行渲染，并且可以即時觀看渲染效果，渲染效果逼真，大大提升工作效率
solidThinking Inspire和Evolve易學易用，友好的界面和便捷易懂的工具讓設計師更加專注于設計本身。
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展開 回轉工裝輕量化設計
1、使用Altair OptiStruct優化求解器進行結構優化設計，可以在短時間內獲得輕量化設計。
2、在該案例中，由于只對變形(剛度)有嚴格限制要求，因此，拓撲優化即可較好滿足要求。如果需要對應力、應變等細節性能進行控制，還可以使用OptiStruct形狀優化、尺寸優化等方法進一步控制。
3、該案例中對兩個部件進行了輕量化設計，總計減重75.19Kg，原始整機重232.5Kg，實現減重比32.3%。
回轉工裝輕量化設計.pptx
直播課程 | MSC Apex創成式設計讓輕量化設計更加智能
01/直播主題&時間
MSC Apex創成式設計讓輕量化設計更加智能
11月27日（星期五）14:00~15:00
02/您所期待的內容
- MSC對于輕量化設計的最新方案
- 以應力為導向的拓撲優化設計
- 自動生成多個滿足設計標準、質量最小化的平滑結構設計作為候選
- 無網格拓撲優化分析
- 為增材制造服務的拓撲優化軟件
- 自動過渡到CAD，通過智能算法可自動完成表面的光順
- 一鍵式優化
三星利用OptiStruct進行洗衣機零部件再設計，實現輕量化設計
行業：電子消費品
挑戰：皮帶輪的輕量化設計
Altair 解決方案：利用OptiStruct進行拓撲優化、尺寸和形狀優化分析
優點：減少了材料的使用；實現輕量化設計
背景介紹
蘇州三星電子公司是韓中合資的企業，主要研發和生產主流的家用電器。在過 去的17年里，公司已經生產了許多新款的冰箱和洗衣機，每一款都進行了細致的工程分析，通過優化來實現最大價值，在確保高品質性能的同時降低產品重量。
每一個零部件的設計都力爭實現輕量化的目標，所以蘇州三星非常重視洗衣機皮帶輪的優化設計就不足為奇了。滾筒洗衣機的皮帶輪是洗衣機的一個重要零部 件，在電機和滾筒之間其轉乘作用。
挑戰
傳統的皮帶輪通常為鑄鋁材料，由于生產成本的壓力，像蘇州三星這樣的企業已經開始關注通過優化設計或使用新材料來減少皮帶輪的重量，其中性能和成本是主要的考慮因素。所以蘇州三星利用拓撲優化技術來滿足相關設計和材料的挑戰。
“利用OptiStruct進行的輕量化設計為后期的結構優化提供了重要的參考。”
展開 
動力電池包輕量化設計技術
摘要：
在整車電量一定的情況下，電動汽車的續航里程一直是用戶重點關注的參數之一，而電動汽車用電池包作為三電系統中的核心部件，其輕量化的設計直接影響整車的續航里程。實現動力電池包輕量化設計主要有兩種途徑：提高單體電芯的能量密度，優化電池包結構設計，本文主要是針對第二種方式進行闡述輕量化設計的相關技術研究。
新能源汽車對輕量化設計更加敏感，直接影響到終端用戶的體驗度和滿意度。電動汽車電池包的輕量化研究是新能源汽車輕量化的主要研究內容之一，實現動力電池包的輕量化主要有兩種途徑：一是提高單體電芯質量能量密度，二是優化電池包結構設計和新材料的選型。
1 動力電池包輕量化設計思路
動力電池包的主要組成部分就是電池及相關結構輔件，目前單體電芯大多數為鋰離子電池，其主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜、銅箔等組成，動力電池包對電芯進行相關的串并聯組合方式實現不同的電壓和能量，過重的電池包對整車續航能力影響極大。
展開 鑄造件輕量化優化設計
鑄造件輕量化優化設計
輪轂電機轉向節輕量化設計
輪轂電機轉向節輕量化設計.zip
摘要 本報告使用Altair公司提供的HyperMesh軟件以及OptiStruct的結構優化功能，對輪轂電機轉向節進行優化設計。本文重點介紹了在汽車極限左轉向工況下轉向節的約束載荷，以及結合制造工藝中最小成員尺寸約束進行拓撲優化，使其達到輕量化，且對于轉向節的優化設計具有一定的參考價值。
關鍵詞：輪轂電機轉向節 拓撲優化 輕量化 變密度法
1汽車輕量化設計背景介紹
在當今汽車工業中，減輕設計重量和縮短設計周期是兩個突出的問題。汽車輕量化設計開始占據了汽車發展的主要地位，但是簡單的汽車輕量化設計卻是一把雙刃劍，它在減輕汽車重量的同時，也犧牲了車輛的強度和剛度。在此情況下，Altair公司的有限元分析技術以及優化技術在汽車行業獲得了非常成功的應用。特別是對于一些結構復雜的汽車零件，HyperWorks的有限元分析技術、拓撲優化技術使得很多材料的潛能及鑄造的優勢得到了充分的發揮。
轉向節是汽車的重要安全零部件。該零件在原始設計中，由于整個機構的復雜性，只能作定性分析和類比估算。在確定實際結構時，往往選擇的安全系數過大，致使設計出來的產品結構過于笨重、粗大。另外，由于對實際的受力點未能完全把握，導致結構材料分布不夠均勻，鑄造工藝性較差。
2有限元模型建立及分析
轉向節與轉向系統其它零部件相連的同時，通過法蘭盤的制動器安裝孔進行定位。由于整車全工況有限元模型的計算量太龐大，導致計算時間過長，因此僅選取在極限左轉向工況下，轉向節模型與轉向系統零部件和輪轂電機相連接的六個節點作為輸入載荷點，單獨對轉向節模型進行優化。
展開 辦公桌掛鉤輕量化優化設計
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圖 6
由于采用拓撲優化方法設計得到的是擁有最少材料實現最大設計性能的機構，但是在工程應用中并不適用，因此需要對所得到的模型進行模型重構，得到工程易于加工制造的模型，3D重構之后得到的掛鉤結構如圖7所示。
圖 7
通過對優化前后對比計算可知，優化后重構模型相比優化前減重55%，大大節省了材料的使用，實現了掛鉤輕量化的設計目標，同時，由于在設計過程中設定了優化后掛鉤兩側關于中心面對稱，也簡化了制造過程。
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