LEIBER利用solidThinking Inspire实现轻量化设计

   行业：汽车

    挑战：为汽车和商用车行业设计、优化和制造可靠的轻量化部件。

    Altair 解决方案：使用 Inspire 进行概念生成，同时采用 AluXtrem®（一种高强度可锻铸合金）等新型材料。

    优点：减重超过50% ； 缩短制造和测试周期 ；使生产过程更具经济效益

    背景介绍 

    LEIBER GROUP 专门从事轻型金属部件的设计和生产。公司在欧洲设有两家工厂，拥有超过 750 名员工。LEIBER 与全球众多客户建立合作关系，采用创新的 方法制造更轻便的部件和产品。 按照近期某个项目的要求，LEIBER 工程师需要重新设计一种商用车部件。之前的部件是一种由铸铁制成的悬梁。而这一次，客户需要一种更加轻便但同样坚固 的全新部件。为了设计这个部件，LEIBER 工程师采用了 solidThinking Inspire 和由 LEIBER 开发的一种新型材料——AluXtrem®（一种高强度可锻铸合金）。通过结合使用 Inspire 和新材料，设计团队取得了十分显著的轻量化效果。最终得到的部件要比之前用铸铁制成的部件轻 50%以上；另一方面，制造和测试周期得到大幅缩短，从而使生产过程更具经济效益。该解决方案已于近期赢得“欧洲铝业大奖”。

    挑战 

    目前，汽车行业正面临着两难挑战：一方面必须减轻车重，以减少燃料消耗和 二氧化碳排放；另一方面又必须确保车辆的安全性和可靠性。此外，制造商必须以极具竞争力的价格提供产品。为满足轻量化方面的要求，制造商必须在开发过程中采用新的设计方法和材料，以便在减轻部件重量的同时又能保证部件的刚度和安全性，从而提高车辆的整体性能。近些年来，汽车开始变得越来越重，这主要是因为采用了有助于改进安全性、舒适度和驾驶体验的新系统。还有一部分原因是，多年来汽车行业并未将减重视作一项主要开发目标。现在，减重已经势在必行，不管是乘用车还是商用车都必须要变得更轻。因此，汽车行业都在寻求用全新的方式和方法进行开发和制造，以获得最佳的轻量化结构。

    关于 LEIBER GROUP

     LEIBER 是一家专门采用铝、镁和特殊合金等材质制造轻型部件的企业。公司主要围绕轻金属的各个领域及其巨大的技术潜力从事研发工作。LEIBER 是唯一一家提 供从初始概念和制图到可即时安装的轻量化产品等全方位服务的锻造公司。 LEIBER 在欧洲设有两家工厂，拥有约 750 名员工，年铝加工量近 14,000 吨。

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    “我们采用Inspire 的主要原因就在于轻量化设计。Inspire 操作起来十分简单，并且能够非常迅速地交付结果。 仅需 10 分钟，我们就能得到初始结果和评估数据。我一直期待能够在更多的新项目中应用 Inspire，它是一款非常好用的工具。” 

                                                                                                        Uwe Kasper LEIBER Group 

                                                                                                        设计工程师

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                                                                                悬架的设计空间

                                                                                     借助 Inspire 生成的理想形状

                                                                                        借助 Inspire 生成的理想形状

    解决方案

    过去，LEIBER Group 采用试错法设计轻量化部件。“在此之前，我们会先选取部件的部分区域，向其中添加材料或从中移除材料，之后再通过结构分析来判断部件是否符合标准。而有了 solidThinking Inspire 之后，我们就不必再采用这种复杂的方法了。我们只需要定义设计空间，添加载荷和边界条件，之后的优化过程通常都会生成符合标准的设计，”LEIBER 设计工程师 Uwe Kasper 表示。

    在通常情况下，LEIBER 工程师会收到客户发来的一个已有部件。以已有部件作为出发点， 工程师会设计一个新的几何来替代原来的部件。LEIBER 还会采用另外一种方法，即创建全新的部件，而不依赖于先前创建的几何。

    而在这个项目中，他们同样是在设计流程的初始阶段使用 solidThinking Inspire，以便创建全新的结构高效型设计。 对于这款备受好评的悬架，工程师在现有几何的基础上重新进行了设计。经过重新设计的部件必须要满足使用新材料和实施新制造流程的要求。为此，工程师定义了足以容纳这一部件的设计空间，然后分析并应用了材料特性、固着、载荷、 设计/非设计空间和制造约束等边界条件。完成上述步骤后，工程师们着手实施优化，以生成理想的结构部件。优化完成后， 最后一项任务就是将所得结果体现在准备用于生产的 CAD 模型中。 

    要达到理想的轻量化目标，企业必须从根本上改变开发产品的方式。利用传统方法，必须要经过设计部门和工程部门之间的多次迭代才能确定理想的设计方案。如果初始概念已在加载路径和材料分布方面实现结构上的优化，便能以更短的时间和更少的精力制定出最终解决方案。要达到此目标，需要结合仿真驱动设计流程，其中的概念生成等仿真方法可促成新产品的设计。

    LEIBER 很好地将上述方法付诸实施，比如使用 solidThinking Inspire 等软件工具来实施仿真驱动设计。借助 Inspire，工程师能够轻松而快速地生成并研究结构高效型概念。这样一来，材料只会用在有实际需要的地方，而且最终得到的部件比采用传统设计的大多数部件都要更加轻便和坚固。 为了进一步提高部件性能，尤其是减轻部件重量，LEIBER 将仿真驱动设计方法和新材料的使用相结合。LEIBER 开发的 AluHigh®和 AluXtrem®等可锻铸铝合金不仅能够保证较高的安全性和强度潜力，其可加工性也明显优于众多其他材料。这一项目中使用了 AluXtrem®来开发和生产新悬架。

    结论 

    得益于概念生成和新材料的结合，新部件的重量比先前由铸铁制成的部件轻 50%。新材料的使用还帮助 LEIBER 缩短了部件的生产和测试过程，从而使生产过程更具经济效益。除了减轻重量，设计过程和新材料还可确保部件拥有更好的疲劳特性。由于在设计过程中采用了Inspire，工程师得以更轻松、更快速地创建结构高效型设计。

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