solidthinking inspire的案例
基于 solidThinking Inspire 的發動機后吊鉤設計
摘要：對發動機后吊鉤的設計，通常借用已經投產機型的零件進行改進設計，而本文借助于Altair公司的solidThinking Inspire軟件，對發動機后吊鉤進行了拓撲優化設計。與傳統設計方法對比表明，采用軟件優化的結構在關鍵區域的最大位移減少了74%。
關鍵詞：發動機后吊鉤 拓撲優化 solidThinking Inspire
1概述
發動機后吊鉤主要用于發動機吊裝過程中，是一個非標準件。常見的吊鉤結構為：底部有與缸蓋螺栓連接的螺栓孔，頂部有與鏈條鉤頭相連的吊耳，中間有固定其他附件支架的安裝孔。吊鉤在工作過程中，既要滿足強度要求，不能發生破壞，同時也要滿足剛度要求，不能發生大變形，否則固定在吊鉤上的其他零件就可能產生失效風險。
對發動機后吊鉤的設計，通常采用借用已經投產機型的零件，并根據現有機型的空間布置和零件受力情況進行適當改進的方法。這種傳統的設計方法受到設計者經驗的限制，一情況下會盲目的增大零件尺寸，改進后的結構往往并不是最優設計方案。
本文以JMC某發動機后吊鉤為例，則借助于Altair公司的solidThinking Inspire軟件，通過建立拓撲優化基本模型、定義優化空間、施加邊界條件和載荷條件、選擇合適的控制目標進行拓撲優化，軟件優化出的結構往往并不是最終結構，只提供概念設計思路，還需要考慮結構形狀，加工工藝等因素進行合適的CAD后處理。這種方法不受設計經驗的限制，能夠在不知道結構拓撲形狀的前提下，根據已知邊界條件和載荷條件確定比較合理的結構形式，CAD后處理時可以短時間內做出多種方案，進而選擇出最優方案。
本文最后還把通過軟件優化出的結果與傳統設計方法設計結果進行了對比分析。
展開 solidThinking Inspire 在副車架優化設計中的應用
表 1 優化前后模型對比
五、結論
本文主要介紹了利用 solidThinking Inspire 軟件對副車架進行結構優化、模型重建、模型校核、方案對比等內容。著重闡述了 solidThinking Inspire 軟件實體結構件的優化流程。通過優化使副車架材料達到一個最優化的分布，在既定的條件下使副車架的用料最少，對應的質量也最小. 隨著燃油價格的普遍上漲，車輛輕量化設計已經越來越被各 OEM 廠家重視，本文通過一個完整的流程來證明只要是零部件就有優化的空間。只要在優化時設置好優化的約束及模型的優化參 數，實現模型優化與工藝性是可以統一的。 solidThinking Inspire 是 Altair 公司將 HyperWorks 軟件 OptiStruct 解算器以及一些前處理 的功能進行了打包分裝，更簡單易上手。將大量的前處理工作隱式化，作為軟件底層的基本功能， 對于操作者并不需要去關注。是真正面向了結構工程師的一個助手軟件，解決了以往學優化必須 先學 CAE 的困境。
參考文獻
[1] solidThinking Inspire User’s Manual
[2] solidThinking Inspire 設計工程師基礎教程.pdf
[3] solidThinking Inspire 設計工程師必修教程.pdf
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展開 solidThinking Inspire在飛機結構設計中的應用
范林
解決方案
基于 solidThinking Inspire 平臺對結構進行拓撲優化，先要在 solidThinking Inspire 或 CATIA 等其他三維軟件內建立三維模型。并在 solidThinking Inspire 內依據 實際工況施加力、位移等約束，定義優化變量、目標函數、約束函數，以及定義優化參數， 最后提交求解。通過有限元計算分析，發現初步過渡接頭結構設計嚴重工況裕度較大，需進行優化設計減重。
初步設計模型和有限元分析結果
選用 solidThinking Inspire 軟件進行過渡結構優化分析，優化模型和優化結果如圖所示。拓撲優化結果較為理想，5h 內完成了 8 個工 況積分數分別為、5%、20%、30%的各種情況優化計算。solidThinking Inspire 軟件進行 拓撲優化計算操作簡單、效率較高。
拓撲優化模型及結果
對拓撲結果進行簡單的分析后在CAD 內進行模型的初 步詳細設計。新的模型有清晰的傳力路徑，其每個元素都可進行局部的尺寸 設計，為后續的詳細設計階段尺寸優化奠定很好基礎。
展開 solidThinking Inspire 在礦車后橋殼設計中的應用
摘要：本文以礦車后橋殼的設計為例，介紹了solidThinking Inspire軟件的功能以及應用方法。首先在Altair公司的solidThinking Inspire軟件中建立初始模型，然后進行工況載荷的定義，最終將質量目標定義為30%，得到拓撲模型。在三維軟件中，依據拓撲結構進行詳細的后橋殼結構設計，同時也實現了礦用自卸車后橋殼的輕量化設計。
關鍵詞：solidThinking Inspire 后橋殼 優化設計 輕量化
1概述
礦用汽車主要運行于各種礦山和建筑施工場地，道路級別低，車輛的起動、制動和轉向非常頻繁，再加上負荷大，路面沖擊嚴重，故其工作條件十分惡劣[1]。后橋殼是礦用自卸車的承重和動力源的關鍵部件。它的結構設計在礦用自卸車的研制中占有相當的分量和較大的難度[2]。后橋殼的設計不僅需要有足夠的強度和剛度，而且合理地減輕后橋橋殼的重量也是提高礦用自卸車性能的關鍵因素之一[3]。同時輕量化的趨勢要求各類零部件都在滿足強度要求的情況下質量最小化。本文以礦用自卸車后橋殼的設計為例，應用Altair公司的solidThinking Inspire軟件在概念設計階段對其進行最優的結構探索。根據優化出來的拓撲模型，在三維軟件中進行詳細的后橋殼結構設計。該應用表明Inspire能輔助工程設計人員 獲取較優的拓撲結構，為產品的結構設計打下良好基礎[4]。
2優化設計
2.1初始設計空間
在優化設計開始之前，工程師通過Inspire創建大概的三維模型。礦用自卸車的后橋殼的初始設計空間定義如圖1所示。
展開 
利用 solidThinking Inspire 設計叉車轉向橋橋體
結論
利用 solidThinking Inspire 軟件協助設計叉車轉向橋，在設計早期引入優化的觀念，考慮橋體的最佳受力狀態，得到 的最終設計方案在后續的優化過程中只需針對局部細節進行修改，避免了可能出現的重大變化，保證設計出最優的產品， 同時也減少了設計人員和 CAE 人員反復溝通的時間，大大縮短了開發周期。
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solidThinking Inspire汽車下擺臂優化設計
solidThinking Inspire汽車下擺臂優化設計
摘要 本報告使用Altair公司提供的solidThinking Inspire軟件的結構優化功能，對汽車下擺臂進行優化設計。本文通過CATIA對下擺臂進行建模，之后導入solidThinking Inspire軟件中施加約束載荷，定義設計空間，進行優化使其達到輕量化，結果對于下擺臂結構設計具有一定的參考價值。
附件：
Desktop.zip
關鍵詞： 下擺臂建模 SolidThinking 優化設計
1 CATIA建模
實體幾何建模
由于本文主要是關于下擺臂優化設計，此處CATIA建模過程省略，只展示最終結果。
下圖為CATIA建模后導入SolidThinking Inspire的原始圖，具體模型文件于附件下載。
2 施加約束載荷
在載荷約束模塊，在中間圓孔處分別于x、y、z方向施加127N、76N、-59N 的的載荷以及
x軸方向82N*m的力矩，其余三個孔作為固定孔。
展開 基于SolidThinking Inspire的挖掘機動臂連接器拓撲優化
基于SolidThinking Inspire的挖掘機動臂連接器拓撲優化.docx
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基于solidThinking Inspire的挖掘機
動臂連接器拓撲優化
史曉寧
摘 要：建立某款挖掘機動臂連接器有限元分析模型，運用SolidThinking Inspire對其進行求解分析，獲得應力云圖并找出危險區域；對結構進行拓撲優化，達到減重目標,對產品設計具有重要指導意義。
關鍵詞: solidThinking 挖掘機 拓撲優化
1、概述
solidThinking是面向設計人員的優化仿真平臺。其拓撲優化工具Inspire操作便捷，流程清晰，界面簡潔，易學易用，能夠幫助設計人員快速獲得滿足性能且輕量化的結構，非常適合產品概念設計階段對產品進行優化提升。
某款小型挖掘機裝配有動臂連接器。連接器是一種針對專門機型的工作需求而設計制造工程機械連接裝置，一般采用鑄造工藝制造。起到連接挖掘機動臂、車架，傳遞負載及自由度的作用。因此必須保證動臂連接器在嚴苛工況下剛度、強度等可靠性要求。
當前，拓撲優化技術大量應用到產品設計流程中，實現產品在設計階段的強度及輕量化需求。本文以動臂連接器為分析對象，運用solidThinking Inspire工具，以Density密度法為理論依據進行拓撲優化[1]，并對改進結構進行強度分析，結果表明優化結構較原結構應力水平一致且質量大幅減輕。
2、結構強度分析
2.1建立模型
加載模型
圖示為連接器毛坯外形，優化前首先對結構進行強度分析，根據結果定義優化設計要素。
展開 solidThinking Inspire在雪地摩托車上的應用
“從以往的在 CAD 到 FE 這個環節中進行平均 10-12 次反復，減少到現在只 需 5-6 次的反復，Inspire 和 OptiStruct 幫我們大幅地節省了成本。”
Rick Kerner
北極星主管工程師
解決方案
Kerner 將 solidThinking Inspire 引入新的底盤項目，在不犧牲結構完整性的前提下將其用于一些硬性的減重目標。他使用 solidThinking Inspire 尋找理想的傳力路徑，在簡單地創建設計空間、施加合適的載荷工況后，讓 solidThinking Inspire 自動生成滿足底盤需求的設計。他還將Inspire生成設計形態的能力與Altair的優化工具OptiStruct結合起來，利用OptiStruct 來檢測之前的底盤拓撲優化結果，為原來由管子焊接出來的部件尋找更加高效的重量及強度解決方案。 “當我們開始應用了 Inspire，所有的進程都加快了，”Kerner 解釋道，“使用 Inspire 獲取傳力路徑，能讓我們獲得最基礎的工程形態，然后我們將工作轉移到 OptiStruct 當中去細化形態，使其更適合制造和剛度要求。”
展開 基于 solidThinking Inspire 的某強夯機車架結構設計
摘要:通過 solidThinking Inspire 優化技術，完成某強夯機車架輕量化結構設計，并應用 HyperWorks 相關軟件對優化結構進行校核計算，計算結果表明,solidThinking Inspire 能夠快速創建更輕更可靠的結構，實現仿真驅動設計。
關鍵詞: solidThinking Inspire 結構設計 HyperWorks 強夯 車架
1 引言
目前，隨著計算機計算性能的提升以及 CAE 工具的提升，特別是有限元計算技術、拓撲優化技術、參數優化技術、形狀優化技術、疲勞壽命分析技術等商業軟件的開發和完善，使得 CAE 驅動設計成為現實。但是傳統的 CAE 軟件專業性強，通常需要專門的 CAE 分析人員進行這項工 作。solidThinking Inspire 的出現，改變了產品設計師和結構工程師傳統的設計方式，使得不是專業從事 CAE 分析的普通產品設計師也能夠快速創建更輕的結構，更好地了解材料的分布規律，并可輕松導入 CAD 工具。本文以公司戰略產品——大夯能液壓履帶式強夯機車架為對象，應用 solidThinking Inspire，嘗試 CAE 創新設計。得到的新結構強度在全工況下滿足要求，車架重量較經驗設計輕 5.24 噸。
2 強夯車架結構設計
2.1 車架結構設計
該大夯能強夯機的整體結構如圖 2.1 所示，由工作裝置和車架組成，經驗設計的車架為箱型結構，重量為 12.44 噸，如圖 2.2 所示。
展開 基于solidThinking Inspire的重型車平衡軸支座的優化設計
摘要：利用Altair公司的solidThinking Inspire 優化工具，建立了某重型貨車平衡軸支座的拓撲空間，之后定義了工況載荷和工藝約束。在此基礎上，利用基于變密度法的拓撲優化技術對平衡軸支座進行了優化設計，在規定的體積內取得最佳的材料分布，使得剛度最大。根據solidThinking Inspire的優化結果進行了 CAD 模型重建， 并對改進設計進行強度校核。結果表明，經過優化的平衡軸支座安全性能得到提高，質量減輕。
關鍵詞：solidThinking 重卡 平衡軸支座 優化
一、引言
solidThinking 是一款為設計師所打造的計算機輔助工業設計/造型軟件。solidThinking Inspire 應用 Altair OptiStruct 求解器，利用了工程上“拓撲優化”技術，模擬了自然界中生物生長的過程，最終獲得材料最省的最佳承力結構。Inspire 擁有良好的設計概念視覺化效果。具有界面簡潔、易學易用等優勢，可以縮短設計周期，滿足功能并減重，非常適合產品概念設計階段提升結構性能并輔助減重。
平衡軸支座是重型車固定和安裝平衡軸及縱向推力桿的部件，承受來自推力桿的縱向力和平衡軸的垂向力, 所以對其強度要求很高；近年來車輛輕量化的呼聲愈來愈高，所以各類鑄件支架等都要求在滿足強度要求的情況下質量最小。
二、平衡軸支座的原始設計
2.1 初始設計空間
所謂設計空間就是優化前的初始結構，在優化過程中不改變非設計空間， 通過優化計算，挖掉設計空間中的多余部分，所剩部分構成的形狀被認為是結構優化的結果。設計空間一般選取優化對象所占據的最大可能區域， 以充分挖掘優化潛力，同時要保證約束及載荷能夠有效傳遞到結構上，以及結構的工藝性。
展開 基于 solidThinking Inspire 的旋轉推桿輕量化設計
關鍵詞：solidThinking Inspire 輕量化 HyperWorks 靜強度
1概述
輕量化的概念最先起源于賽車運動，它的優點是顯而易見的，通過減輕重量來獲得更好的操控性，使發動機輸出的動力能夠產生更高的加速度。由于車輛輕，起步時加速性能更好，剎車時的制動距離更短。隨著科技進步、社會發展，“節能環保”越來越成為了廣泛關注的話題，輕量化也就廣泛應用到各個領域。輕量化的措施有新材料的應用以及在滿足產品使用性能的前提下對產品進行結構優化設計等。solidThinking Inspire是利用了工程上“拓撲優化”的技術，模擬了自然界中生物生長的過程，最終獲得材料最省的最佳承力結構。HyperWorks[1]完整的CAE建模、可視化、有限元分析、結構優化和過程自動化等領域的軟件產品始終站在技術的前言，為全球客戶提供了先進的產品工程方案。本次輕量化設計采用solidThinking Inspire軟件進行結構優化，然后采用HyperWorks的相關軟件進行計算分析。
2結構設計
2.1旋轉推桿結構原始設計空間
根據旋轉推桿的使用要求建立原始設計模型，定義推桿中間長梁為設計空間，如圖2-1所示。為施加載荷約定模型的坐標系，其載荷為20KN的靜力施加在與Y軸成60°角的銷軸上，約束施加在軸孔的鍵槽處，如圖2-2所示。
展開 
solidThinking Inspire 在端承樁布局優化設計中的應用
摘要: 針對端承樁傳統設計中存在的優化潛能，本文通過引入拓撲優化技術，使用 solidThinking Inspire 軟件的相關功能，采用變密度方法以樁體材料密度為設計變量，以結構剛度最大為目標函數，以體積剩余率為約束條件，基于傳統設計方案進行二次優化設計，并根據 RADIOSS 靜力分析結果校核關鍵參數。結果表明，使用拓撲優化技術對端承樁初始設計進行減樁后重新確定的樁位布局方案，能更大限度地發揮材料的性能，節約工程成本。
關鍵詞: 端承樁 拓撲優化 solidThinking Inspire 布局優化 RADIOSS
1 概述
端承樁作為深基礎中樁基的一種類型，是指在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承受的樁[1]。沉降量作為影響端承樁基礎質量的關鍵因素之一，在其設計和施工中格外重要。理論和實測結果均表明，端承樁基礎的沉降主要是樁的彈性變形，基巖的壓縮變形很小[2]，所以需要通過控制樁徑、樁體材料、樁的布局以及承臺厚度等參數來減小承臺沉降差和整體沉降。傳統設計方法根據《建筑地基基礎設計規范》、《建筑樁基技術規范》等規范要求可以完成包括端承樁在內的各種樁基礎參數的確定和校核，但是往往存在很大的 優化潛能，造成材料的浪費和工程量的增加。
而采用 Altair solidThinking Inspire 提供的解決方案，可以方便快捷地對端承樁群樁基礎進行優化設計。solidThinking Inspire 內置自動劃分有限元網格功能，使用連續體拓撲優化技術，以 OptiStruct 為后臺拓撲優化求解器，應用變密度法求解策略，對結構上的低效材料進行刪減，可以得到更大程度發揮材料性能的結構拓撲方案，為工程節省工時和材料，帶來直接的經濟效益。
展開 基于solidThinking Inspire的發動機后吊鉤CAE技術
本文以JMC某發動機后吊鉤為例，則借助于CAE軟件——solidThinking Inspire，通過建立拓撲優化基本模型、定義優化空間、施加邊界條件和載荷條件、選擇合適的控制目標進行拓撲優化，軟件優化出的結構往往并不是最終結構，只提供概念設計思路，還需要考慮結構形狀，加工工藝等因素進行合適的CAD后處理。這種方法不受設計經驗的限制，能夠在不知道結構拓撲形狀的前提下，根據已知邊界條件和載荷條件確定比較合理的結構形式，CAD后處理時可以短時間內做出多種方案，進而選擇出最優方案。
本文最后還把通過軟件優化出的結果與傳統設計方法設計結果進行了對比分析。
基于 solidThinking Inspire 的主起落架下撐桿的優化設計
摘要：利用軟件 solidThinking Inspire 對主起落架下撐桿進行了拓撲優化分析。利用軟件進行了計算分析，最終得到一個分析結果。對其計算結果進行分析處理，得到一個新的下撐桿結構數模。最后，在solidThinking Inspire 中進行靜力分析，通過多次迭代，確定了在滿足強度及剛度要求的條件下得到最佳結構，將零件重量得到最大限度的減輕。
關鍵詞：拓撲優化,solidThinking Inspire,主起落架下撐桿
1 概述
結構優化作為現代結構設計方法，廣泛用于航空、航天、船舶等各個領域。結構拓撲優化又稱結構布局優化，是一種根據載荷、約束及優化目標尋求結構材料最佳分配的優化方法。其最大的優點是能在研究對象的外在形式未定的情況下，根據已知邊界條件和載荷條件確定比較合理的結構形式，既能用于全新結構的概念設計，又能用于已有結構的改進設計。通過改進結構的拓撲形式，大大提高結構的性能，或者減輕結構的重量。拓撲優化按照研究的結構對象可分為離散體結構拓撲優化（如桁架、剛架等骨架結構及它們的組合）和連續體結構拓撲優化（如二維板殼、三維實體）兩大類。連續體結構拓撲優化已在許多工程領域得到應用，如用于導彈結構和飛機結構的設計上。本文利用 solidThinking Inspire 軟件對主起落架下撐桿零件進行了優化分析，對現有結構進行改進設計，并最大化的對重量進行減輕。
2 主起落架下撐桿的拓撲優化設計
某飛機的主起落架下撐桿在起落架在放下時，承受主起落架對某一下撐桿零件進行優化，零件如圖 1 所示。
展開 solidThinking Inspire 與 OptiStruct 在建筑設計中的應用
圖 1 框架核心筒模型
圖 2 外框架優化結果
但是 OptiStruct 需要有較強的有限元知識和力學功底，對于建筑師來講使用通用有限元軟件實屬不易，因此本文后續內容都采用 solidThinking Inspire 來進行，該軟件操作方便， 簡單易學更適合建筑師使用。
三、solidThinking Inspire 在建筑設計中的運用
使用 solidThinking Inspire 能夠較好的完成復雜建筑設計，可以快速得到最優的結構布置方案，并且能夠帶來建筑的美觀效果，以下以兩個例子進行展示。
3.1 大跨度空間結構優化算例
一座大跨度空間結構如圖 3 所示，結構分為兩個區域，表面銀色一層為膜結構僅作為維護結構，不進行優化設計。下部棕色部分為受力部分，材料屬性為鋼材，作為受力結構進行優化設計。在膜結構表面處施加豎向荷載，將鋼結構的邊緣部分設置固端支座，進行連續體的拓撲優化計算。
圖 3 建筑方案與工況
材料屬性對于優化結果是一個重要的影響因素，主要在于其彈性模量和屈服強度差異較大。而在建筑結構中對于結構的變形和應力值有著嚴格的控制，因此在計算時分為兩組，分別采用不同的鋼材屬性進行計算。計算均以最小材料體積作為優化目標。 圖 4 的計算結果為鋼材型號為 Q235 時的優化結果，圖 5 為鋼材型號為 Q420 時的優化 結果。
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