輕量化結(jié)構(gòu)測試的案例
解決方案 | 輕量化結(jié)構(gòu)完整性測試
__biz=Mzg4MTI0NDYwOQ==&mid=2247489717&idx=1&sn=270eb6f43638b249be7342fb48704b3d&chksm=cf69b81bf81e310d18bb50df6b4900faf351fc32610ac7fc17cd47640acf1a390ffe8f77b946&token=1676897683&lang=en_US&scene=21#wechat_redirect" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(68, 68, 68);"><em>HBK專家對話 | 淺談輕量化結(jié)構(gòu)</em></a><em style="color: rgb(68, 68, 68);">，深入了解新方法和技術(shù)以及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)對我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?，并學(xué)習(xí)如何進行相應(yīng)的機械測試。</em> </p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(0, 51, 90);">輕型結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性測試解決方案</strong></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">HBK 可為您提供從虛擬測試工具、傳感器、數(shù)據(jù)采集硬件到軟件的無縫測量鏈，滿足材料和結(jié)構(gòu)疲勞強度的完整測試和驗證要求——從設(shè)計概念到虛擬測試、集成到真實測試。
展開 經(jīng)緯恒潤輕量化網(wǎng)絡(luò)自動化測試系統(tǒng)TestBase_DESKNAT重磅發(fā)布！
經(jīng)緯恒潤桌面式網(wǎng)絡(luò)自動化測試系統(tǒng)TestBase_DESKNAT 2.0產(chǎn)品重磅發(fā)布！
鋼包架結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計
1）輕量化要求及原始模型
如圖所示，鋼包架需要承受中間的鋼包（有效重量為271噸）。鋼包架如圖2所示，原始結(jié)夠重92噸，需要滿足正常工作的前提下，減重15噸左右。
2）鋼包架結(jié)構(gòu)參數(shù)定義
根據(jù)鋼包結(jié)構(gòu)，進行結(jié)構(gòu)分析：預(yù)設(shè)計鋼板厚度1=（50-60 ）mm，2=（20-30）mm，3=（60-80）mm，4=（40）mm ，5=（50-80）mm ，6=（20-40）mm ，7=（20-40）mm ，8=（30-50）mm，9=（30-40）mm
為了便于分析說明，對主框架進行結(jié)構(gòu)參數(shù)定義，見下表所示。
鋼包架輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化
1）輕量化要求及原始模型
如圖所示，鋼包架需要承受中間的鋼包（有效重量為271噸）。鋼包架如圖2所示，原始結(jié)夠重92噸，需要滿足正常工作的前提下，減重15噸左右。
1-1.jpg
2.png
2）鋼包架結(jié)構(gòu)參數(shù)定義
3-.jpg
根據(jù)鋼包結(jié)構(gòu)，進行結(jié)構(gòu)分析：預(yù)設(shè)計鋼板厚度1=（50-60 ）mm，2=（20-30）mm，3=（60-80）mm，4=（40）mm ，5=（50-80）mm ，6=（20-40）mm ，7=（20-40）mm ，8=（30-50）mm，9=（30-40）mm
為了便于分析說明，對主框架進行結(jié)構(gòu)參數(shù)定義，見下表所示。
展開 
廂式車廂體結(jié)構(gòu)輕量化仿真與優(yōu)化
隨著物流運輸市場對廂式車產(chǎn)品要求的不斷提高，現(xiàn)階段我國廂式車制造企業(yè)的開發(fā)設(shè)計水平不斷加強，并且在輕量化、平臺化和高效化方面不斷吸收國外廂式車制造企業(yè)先進的設(shè)計開發(fā)理念。
汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3~0.6升；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。
廂體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中廂體骨架由型鋼焊接而成，材料為普通碳鋼。借助于CAE仿真技術(shù)，分析廂體在靜載、動載工況下的結(jié)構(gòu)強度，并對其進行輕量化設(shè)計，以減少開發(fā)成本，提高設(shè)計效率。
圖1 廂體結(jié)構(gòu)示意圖
建立仿真模型
利用HyperMesh軟件對廂體骨架進行網(wǎng)格劃分，利用Abaqus進行求解骨架剛度、強度，并進行后處理，有限元網(wǎng)格模型如圖2所示。
圖2 模型網(wǎng)格示意圖
邊界條件及工況
以實際負(fù)載工況和連接為基礎(chǔ)，梁單元模擬焊接，確定仿真分析施加載荷與邊界條件后，模型如下圖3所示，綠色顯示為載荷施加位置，紅色顯示為約束鏈接位置。
圖3 邊界工況示意圖
結(jié)果分析
在靜載工況下，廂體結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖4所示，廂體整體結(jié)構(gòu)有極少量單元達(dá)到屈服強度，出現(xiàn)在部件焊接處，考慮應(yīng)力集中因素，可以忽略。
圖4 廂體整體應(yīng)力云圖
廂體的最大變形出現(xiàn)在頂部框架位置，如圖5所示。在靜載工況下，副車架變形在彈性階段，如圖6所示。
展開 HBK專家對話 | 淺談輕量化結(jié)構(gòu)（下）
對話議題：
輕量化介紹（上期）
新方法和新技術(shù)（上期）
日常生活中的輕量化
新材料和設(shè)計的仿真和測試
日常生活中的輕量化
9
在過去幾年中，在輕量級構(gòu)造、模擬和驗證領(lǐng)域，您最大的驚喜是什么？
（Michelle Hill和Andrew Halfpenny博士）
有兩件事。第一點我們使用了很多材料，我們必須把它們結(jié)合在一起。過去我們只將鋼焊接到鋼上，但現(xiàn)在我們正在研究不同類型的接頭，例如自攻鉚釘、螺栓連接、粘合劑或混合使用，例如，帶鉚釘?shù)恼澈蟿?。有許多更奇特的連接類型，但需要更高的精度。第二點是對不確定性知識的要求。以前，工程師設(shè)計了一些東西，只是簡單地應(yīng)用了所謂的安全系數(shù)。這是真正的安全和“無知系數(shù)”的結(jié)合?，F(xiàn)在這已不再是可以接受的，需要量化。這一需求由核工業(yè)、航空航天等安全關(guān)鍵組織主導(dǎo)。需要更好地了解安全裕度的來源，以及安全裕度是否真的像我們想象的那么大。
對于數(shù)據(jù)采集（DAQ），這意味著精度、數(shù)據(jù)精度的要求正在提高。
展開 HBK專家對話 | 淺談輕量化結(jié)構(gòu)（上）
<p><br></p><p><br></p><p><strong>Mechanical Structures on a Diet</strong></p><p><strong>為什么輕量化結(jié)構(gòu)在產(chǎn)品設(shè)計中至關(guān)重要？</strong></p><p><br></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">輕量化結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，HBK傳感器、測量儀表以及分析軟件組成的測量工具可用于評估結(jié)構(gòu)完整性、噪聲、振動、效率和性能等，廣泛用于實驗室、臺架或現(xiàn)場測試等領(lǐng)域。</span></p><p><br></p><p><em style="color: rgb(136, 136, 136);">為了幫助您了解輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的測試和驗證過程，我們采訪了HBK輕質(zhì)結(jié)構(gòu)專家：</em></p><ul><li><em style="color: rgb(136, 136, 136);">Gianmarco Sironi：結(jié)構(gòu)耐久性測試解決方案測量項目負(fù)責(zé)人</em></li><li><em style="color: rgb(136, 136, 136);">Lance Steinmacher：結(jié)構(gòu)耐久性測試解決方案測量項目負(fù)責(zé)人</em></li><li><em style="color: rgb(136, 136, 136);">Dr.
展開 【技術(shù)帖】新能源汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化關(guān)鍵工藝分析
4
新能源汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法
實現(xiàn)新能源汽車輕量化主要有三個途徑：使用材料、生產(chǎn)工藝和優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)。通常情況下優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)，可通過減少材料和車重實現(xiàn)安全和性能要求。通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)實現(xiàn)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(yōu)化新能源汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計還從逆變器小型化、驅(qū)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(fā)熱損失。驅(qū)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。
5
結(jié)語
綜上所述，在社會經(jīng)濟發(fā)展中，汽車已經(jīng)成為人們生活中必不可少的出行工具。隨著汽車數(shù)量逐漸增多，對環(huán)境造成的惡劣影響，讓人們不得不重視環(huán)境保護意識。因此在汽車行業(yè)發(fā)展中，汽車輕量化已成為未來發(fā)展趨勢，只有不斷完善輕量化體系、提升對輕量化材料認(rèn)知，才能推進汽車輕量化發(fā)展。
展開 技術(shù)干貨丨基于OptiStrcut結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的起重機車架輕量化
<p class="ql-align-justify">*本文投稿自工程機械制造行業(yè)用戶張俊</p><p><br></p><p><br></p><p>車架是起重機三大結(jié)構(gòu)件之一，其剛度、強度性能對起重機的吊載性能、可靠性、安全性有著至關(guān)重要的作用。大量研究表面，汽車燃油消耗的50%是由整車重量引起的，整車重量每降低10%，燃油經(jīng)濟性可提高3.8%。輕量化設(shè)計是指在保證其基本性能的情況下，盡可能提高材料利用率，將重量做到最低，這是降低成本節(jié)約能耗的重要手段之一。</p><p><br></p><p>本文通過 HyperMesh 有限元軟件的 OptiStrcut 優(yōu)化模塊，對某汽車起重機車架進行截面尺寸、板厚優(yōu)化，最終重量降低了253Kg，預(yù)計單臺節(jié)約成本1200元。</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>1 車架輕量化設(shè)計理論</strong></p><p><br></p><p><strong>優(yōu)化理論</strong></p><p><br></p><p>輕量化設(shè)計通常包含新型材料的開發(fā)和自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化這兩種路徑，本文則是通過第二種路徑來實現(xiàn)車架的輕量化設(shè)計。本文的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計指的是:基于 OptiStruct 內(nèi)置的可行方向法（MFD），對主體焊接總成的厚度、尺寸進行最佳組合設(shè)計的理論與方法。這種設(shè)計思想的具體實現(xiàn)方式是:基于一定的程序算法，在設(shè)計可行域內(nèi)，逼近能夠滿足預(yù)期設(shè)計目標(biāo)的、最符合設(shè)計要求的狀態(tài)。由于此內(nèi)置算法基于的是梯度優(yōu)化算法，采用這種方案通常不一定能在全局找到最優(yōu)的一個解，但是能得到一個比之前更優(yōu)的設(shè)計，在工程上具有很重要的實際意義。
展開 LIFT最新項目聚焦航空航天領(lǐng)域輕量化結(jié)構(gòu)
根據(jù)美國未來輕量化材料制造（LIFT）創(chuàng)新機構(gòu)公布的最新一輪技術(shù)項目，航空航天領(lǐng)域的潛在應(yīng)用技術(shù)在其中占據(jù)了重要比重。在公布的五個制造技術(shù)項目中，研究范圍涉及從熱溫氣體成型技術(shù)到基于現(xiàn)有理論的自動裝配技術(shù)，波音公司將牽頭其中的2個項目，吉凱恩航宇技術(shù)公司（GKN）負(fù)責(zé)2個項目，聯(lián)合技術(shù)公司（UTC）負(fù)責(zé)另外1個項目。項目經(jīng)費主要來自政府和工業(yè)界，資金總額將超過650萬美元。
在一個總價值187萬美元的項目中，由吉凱恩公司領(lǐng)導(dǎo)的團隊將開發(fā)一種熔融金屬氣體輔助成型技術(shù)和預(yù)測分析建模能力，其目標(biāo)是提高復(fù)雜輕質(zhì)成型零部件的尺寸精度和機械性能。
同樣由吉凱恩公司領(lǐng)銜，聯(lián)合技術(shù)公司（UTC）、洛克希德·馬丁公司和意大利柯馬公司聯(lián)合參與的一項總價值145萬美元的項目，將論證利用金屬薄板自動焊接工藝制成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力。LIFT表示，復(fù)雜金屬薄板結(jié)構(gòu)的自動焊接工藝已經(jīng)被認(rèn)為是非常困難的。該項目還將開發(fā)一種全自動機器人鎢電極惰性氣體保護焊功能，其中的參數(shù)可以沿著接頭長度連續(xù)調(diào)節(jié)，以調(diào)整適應(yīng)多變的臨時裝置。
兩個新的輕量化材料制造創(chuàng)新項目涉及輕型航空航天結(jié)構(gòu)的攪拌摩擦焊工藝。
由波音公司牽頭實施的一項耗資88.1萬美元的項目，將與吉凱恩公司和MTI公司合作，推進密封接頭攪拌摩擦焊，這種工藝的進步將有可能取代真空釬焊或密封劑和粘合劑。波音公司的另一個項目，總價值144萬美元，吉凱恩公司和Materion公司將予以支持，三家公司將合作把攪拌摩擦焊工藝的使用范圍擴展至先進的鋁基復(fù)合材料中。
（航空工業(yè)發(fā)展中心 陳濟桁）
展開 “ANSYS工程結(jié)構(gòu)分析與輕量化優(yōu)化設(shè)計”專題培訓(xùn)班
本課程基于ANSYS Workbench平臺，全面系統(tǒng)詳實的講解結(jié)構(gòu)靜力分析、模態(tài)分析、屈曲分析，動力學(xué)分析與基于優(yōu)化的輕量化設(shè)計過程，重點講解不同載荷和位移約束含義和工程應(yīng)用，結(jié)合強度理論對計算結(jié)果的判斷和結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)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(xué)員解決實際遇到的問題。宏新環(huán)宇信息化咨詢中心（http://hxhycae.com）特舉辦“ANSYS工程結(jié)構(gòu)分析與輕量化優(yōu)化設(shè)計”專題培訓(xùn)。具體內(nèi)容如下：
一、培訓(xùn)目標(biāo)：
（一）理解工程結(jié)構(gòu)有限元分析和輕量化設(shè)計優(yōu)化的原理；
（二）掌握工程結(jié)構(gòu)分析技巧和結(jié)構(gòu)安全評估的方法；
（三）掌握輕量化優(yōu)化分析技巧和結(jié)構(gòu)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(xué)博士，17年的軟件工程應(yīng)用經(jīng)驗；長期從事有限元領(lǐng)域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發(fā)軟件4項，具有資深的技術(shù)底蘊和專業(yè)背景；擅長靜力學(xué)，模態(tài)分析，隨機振動/譜分析，瞬態(tài)動力學(xué)時程分析，轉(zhuǎn)子動力學(xué)分分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學(xué)分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學(xué)分析，流體力學(xué)分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發(fā)等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發(fā)解決特定領(lǐng)域科研/工程問題。
展開 
新能源汽車動力電池包結(jié)構(gòu)輕量化開發(fā)方法與實踐
本文來自華南理工大學(xué) 蘭鳳崇教授在“2018中國汽車輕量化論壇”上的報告，未經(jīng)本人確認(rèn)。特此說明。
來源：車訊前沿
【技術(shù)文章】基于Inspire軟件的汽車踩踏板材料及結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計
2.材料選擇
汽車零部件材料輕量化和結(jié)構(gòu)輕量化兩者相輔相成，在選用合適材料輕量化基礎(chǔ)下，借助結(jié)構(gòu)輕量化最大限度地實現(xiàn)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(xiàn)減輕車身自重的目標(biāo)。目前汽車常用輕量化材料有高強鋼、鋁合金和復(fù)合材料。
2.1高強鋼
高強鋼在汽車制造中應(yīng)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(yīng)用最多的材料之一，強度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)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(xiàn)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(zhì)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(xiàn)出舉足輕重的作用，主要用于殼體、內(nèi)外板等汽車零部件，將來在汽車輕量化進程中的應(yīng)用會越來越廣泛。
2.3復(fù)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(guān)注，復(fù)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(fù)合材料具有質(zhì)量小、易設(shè)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(fù)合材料成本較高，限制了其應(yīng)用范圍。
2.4材料對比
表1對高強鋼、鋁合金和復(fù)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(jù)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 技術(shù)干貨丨基于OptiStrcut結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的起重機車架輕量化
*本文投稿自工程機械制造行業(yè)用戶張俊
車架是起重機三大結(jié)構(gòu)件之一，其剛度、強度性能對起重機的吊載性能、可靠性、安全性有著至關(guān)重要的作用。大量研究表面，汽車燃油消耗的50%是由整車重量引起的，整車重量每降低10%，燃油經(jīng)濟性可提高3.8%。輕量化設(shè)計是指在保證其基本性能的情況下，盡可能提高材料利用率，將重量做到最低，這是降低成本節(jié)約能耗的重要手段之一。
本文通過 HyperMesh 有限元軟件的 OptiStrcut 優(yōu)化模塊，對某汽車起重機車架進行截面尺寸、板厚優(yōu)化，最終重量降低了253Kg，預(yù)計單臺節(jié)約成本1200元。
1 車架輕量化設(shè)計理論
優(yōu)化理論
輕量化設(shè)計通常包含新型材料的開發(fā)和自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化這兩種路徑，本文則是通過第二種路徑來實現(xiàn)車架的輕量化設(shè)計。本文的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計指的是:基于 OptiStruct 內(nèi)置的可行方向法（MFD），對主體焊接總成的厚度、尺寸進行最佳組合設(shè)計的理論與方法。這種設(shè)計思想的具體實現(xiàn)方式是:基于一定的程序算法，在設(shè)計可行域內(nèi)，逼近能夠滿足預(yù)期設(shè)計目標(biāo)的、最符合設(shè)計要求的狀態(tài)。由于此內(nèi)置算法基于的是梯度優(yōu)化算法，采用這種方案通常不一定能在全局找到最優(yōu)的一個解，但是能得到一個比之前更優(yōu)的設(shè)計，在工程上具有很重要的實際意義。此優(yōu)化算法具有以下特征：
自動調(diào)整設(shè)計變量逐漸趨于最優(yōu)區(qū)域，避免了設(shè)計人員以經(jīng)驗注意為驅(qū)動來進行設(shè)計的思路；
基于梯度運算的優(yōu)化算法，大大提高了計算效率；
可根據(jù)實際情況，設(shè)置多個合理的初值點，使得優(yōu)化結(jié)果逐漸趨于全局最優(yōu)解；
可通過設(shè)置各個工況“權(quán)重”的方式實現(xiàn)多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計。
操作步驟
優(yōu)化過程包含3個關(guān)鍵要素，即設(shè)計變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)。
展開 新增——三旋翼無人機輕量化結(jié)構(gòu)的SLS 3D打印處理
前言
不久前，筆者就所做的三旋翼輕量化結(jié)構(gòu)的加工工藝性進行驗證，通過FDM 3D打印工藝得到一縮小40%的實物（原文鏈接），中間還調(diào)侃了想用SLS一次成型的土豪們：）
不過時來運轉(zhuǎn),筆者竟偶然趕上了一次某寶上體驗高精度SLS尼龍打印的活動 (≧?≦)ゞ
惠普尼龍打印的精度在0.003mm左右（震驚.jpg）,表面顆粒狀,石墨灰色，磨砂質(zhì)感,又如上圖，筆者把模型又縮小了一些，以便縮短打印周期，遂得到等比例縮到30%后的實物模型。
多圖預(yù)警 ￣O￣)ノ
總結(jié)
1.惠普SLS尼龍打印的精度（0.003mm）實在是令人嘆為觀止，表面很多微小細(xì)節(jié)都表現(xiàn)的非常細(xì)致，磨砂質(zhì)感也令人愛不釋手 o(^▽^)o
2.采用射流熔融3D打印方案，可以打印任何復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括鏤空，空心結(jié)構(gòu)等，打印過程跟零件的復(fù)雜程度無關(guān)，制件的強度高。
3.筆者打印整個模型花費不到150元，網(wǎng)上有很多3D打印店，通過SLS SLA SLM等打印工藝可以得到較高的尺寸精度和精美細(xì)節(jié)表現(xiàn)力的部件，并具備一定的功能性，對外觀設(shè)計情有獨鐘的鄰友不要錯過~
附錄|SLS 3D打印工藝概述
展開 