solidThinking Inspire在雪地摩托车上的应用

   行业：雪地摩托车

    挑战：面对优化任务，如何缩短时间周期、减少不必要的精力消耗，同时还能圆满完成仿真进程是问题关键。

    Altair 解决方案：在设计流程初期使用 solidThinking Inspire，并结合 OptiStruct一起使用。

    优点：减重效果非常明显，共减重近40%（伴随材料变更） ；大幅缩短设计流程，易于进行敏感性分析

    背景介绍 

   北极星工业(Polaris Industries Inc.)于 1954 年成立于美国米尼苏达州，是世界闻名的雪地摩托车制造商。雪地摩托底盘结构组的工作是设计并检测雪地车的底 盘，并保证这些结构能够支撑三个不同雪地车平台组的解决方案，以及满足他们的 一系列要求。计算机辅助设计和有限元分析是北极星设计流程中的必要工作方法， 工程师的工作就是尽量创建优化的结构，减轻重量的同时保证性能安全。

    挑战 

   进行优化设计时，如何减少反复次数 

         工程师 Rick Kerner 是团队中负责优化设计的关键成员。多年来，他依靠两个基础的有限元分析工具，将计算机模型网格化，并使用线性静态模型方法进行分析。 “最难的部分在于，这些传统的工具需要我们不断的进行反复工作才能将模型 细化，”Kerner 说道，“一般来说我们要进行 10 到 12 次的反复，才能获得可靠的 结果。” 所以 Kerner 希望找到一个能帮他快速获得优化目标的解决方案，尽量减少时 间，并且还能满足新型雪地摩托结构设计的优化需求。   

    “从以往的在 CAD 到 FE 这个环节中进行平均 10-12 次反复，减少到现在只 需 5-6 次的反复，Inspire 和 OptiStruct 帮我们大幅地节省了成本。” 

                                                                                                                          Rick Kerner 

                                                                                                                         北极星主管工程师

    解决方案

   Kerner 将 solidThinking Inspire 引入新的底盘项目，在不牺牲结构完整性的前提下将其用于一些硬性的减重目标。他使用 solidThinking Inspire 寻找理想的传力路径，在简单地创建设计空间、施加合适的载荷工况后，让 solidThinking Inspire 自动生成满足底盘需求的设计。他还将Inspire生成设计形态的能力与Altair的优化工具OptiStruct结合起来，利用OptiStruct 来检测之前的底盘拓扑优化结果，为原来由管子焊接出来的部件寻找更加高效的重量及强度解决方案。 “当我们开始应用了 Inspire，所有的进程都加快了，”Kerner 解释道，“使用 Inspire 获取传力路径，能让我们获得最基础的工程形态，然后我们将工作转移到 OptiStruct 当中去细化形态，使其更适合制造和刚度要求。” “在 Inspire 中，我们仅保留所有定位点，将钢结构移除，”Kerner 说道，“然后让 Inspire 生成一个支撑铝结构的新 的形状。然后我们对这个结构进行评估，决定哪里需要保留钢管，而哪里应用铝材料是可行的。我们创建了一个新的铝材设计，并将其组装到装配体中，满足了我们对重量及载荷的要求。”                                                                                                         

           基于现有的焊接管件设计                                          定义设计空间                    solidThinking Inspire 中的优化结果

    结论 

    Inspire 和 OptiStuct 让北极星团队在雪地摩托设计中减少了反复工作的次数，并且大幅减少了结构的重量。 

    “从以往的在 CAD 到 FE 这个环节中进行平均 10-12 次反复，减少到现在只需 5-6 次的反复，这帮我们大幅地节省了成本。原先我们需要三代产品原型，而现在我们只需要一个就够了。”Kerner 说道。团队利用 solidThinking Inspire 和 OptiStuct 将产品减重近 15%-20%。而当用铝材来代替钢材后，又达到减重了 35%-40%的水平。 

    现在，每当北极星团队需要设计一个新结构时只需在一个设计空间中设定边界条件和载荷即可。利用 solidThinking 制作的几何形状，导入至 OptiStruct，看在同等载荷及应力约束下生成的结果。由 OptiStruct 生成的结果与 Inspire 的运算结 果十分相似。

    Kerner 表示当习惯了使用 solidThinking，创建模型和载荷工况就变得非常容易，现在他在使用 Inspire 创立多工况环境以生成均布的解决方案。“这个好处非常明显，”他说道，“Inspire 帮我节省了大量思考的时间。我只需创建设计空间， 然后让工具自己寻找传力路径的方案。并且我还能进行载荷工况的敏感性分析。”

          现有的雪地摩托底盘组件                                    经由 OptiStruct 和 Inspire 优化后的概念形态

    此外，Kerner 还能在结构检查的阶段利用 Inspire 管理一些假设分析问题。而 HyperWorks 基于 unit 的许可管理方式也让 Kerner 的设计进程更加轻松。“我没必要去考虑许可的问题，当我使用 Inspire 时，我只需要关掉另外一个 HyperWorks 中的工具即可。OptiStruct 需要更多一些的点数，所以我们可以随意使用较少点数的工具，比如说 solidThinking。尤其与其他工程师分享点数时，这种方式很方便，不需要从其他人那里借用大量点数，也不会再有其他的花费，即可运行程序。”

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