Ryerson国际超级环设计团队使用Inspire设计制造车轮子系统

    行业：交通

    挑战：设计一个类似于飞机起落架的可部署的车轮子系统，可以低于 100mph 的速度轻松移动。

    Altair 解决方案：在 solidThinking Inspire 中重新设计一个定制的运动支架。支架是专为增材制造而设计。

    优点：减少了约77%的重量；使用增材制造技术，以 AlSi10Mg铸造铝合金材料制造 ；使用增材制造技术可以为每个支架节省53立方英寸的材料

    背景介绍 

   在 2015 年夏天，SpaceX 的埃隆马斯克（Elon Musk）启动了超级环 （Hyperloop）设计大赛，进一步加快了 Hyperloop 项目的进度。瑞尔森大学的硕士生 Graeme Klim 听说了这个比赛，基于他以前对于飞机着陆系统的设计经验，他立刻对这个比赛感兴趣起来。 Graeme 与其他同行迅速联系，并组成了 Ryerson 国际超级环设计团队（RIHT）。 Graeme 指出：“比赛要求提交一个完整的车舱或子系统。由于我们团队的规模和先前的专业知识，我们想做出重大贡献，因此我们将重点放在与飞机起落架相似的低速和紧急子系统上。我们称之为 Hyperloop 可部署车轮系统。 

   到 2015 年 9 月，该团队完成初步设计概念并提交给比赛的第一轮淘汰赛。 这一环节中，参赛团队从几千个迅速缩小到几百。随后，该团队又提交了另一 淘汰赛的设计报告，这一次参数团队数量缩小到125 个。来自 20 不同国家和多个不同省份的125个团队被邀请参加 2016 年1月的“Hyperloop 设计周末”。在此次活动中，RIHT团队将其概念介绍给评委会。 Graeme 提到，“我们的团队在这次活动中幸运地赢得了车轮系统的子系统创新奖。”

    挑战 

    在获得子系统创新奖后，该团队非常兴奋地启动其车轮系统的开发进程， 并迅速开始与赞助商联系。在与赞助商会谈时，团队发现可以通过优化工具在设计中获得益处。正在这时，团队发现了 solidThinking Inspire。Graeme 提到， “当我们发现了 Inspire 之后，solidThinking 团队派出了一位专家给我们培训并帮助我们进行设计。此时我也已经在思考，搭载我们电机马达的支架该如何设计。同时，我也在与专门从事金属增材制造的 Burloak Technologies 公司进行洽谈。该团队同意成为我们生产新优化支架的赞助商。你可以看到我们的支架最终设计造型是非常有机和独特的。这非常适合用增材制造技术生产。”

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    “我们在 Inspire 中进行了多次不同的迭代，并测试了很多场景。这些包括许多不同的负载情况，较大的设计空间和不同的优化目标。最终我们能够根据一些不同的因素来确定最佳设计。” 

                                                                                                                   Graeme Klim 

                                                                                                                   RIHT负责人

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  解决方案

            原始支架设计                               最终部署车轮子系统设计                 solidThinking Inspire 中载荷和工况

                                在 Inspire 中获得的拓扑优化结果                                            基于拓扑优化结果获得的全新设计

                                                                      使用增材制造技术获得的新支架

    经过短暂的培训，团队很快适应了在真实的设计环境中使用 Inspire。“Inspire 团队的技术支持非常棒，并且在线教程对我们的团队非常有用。这些使我们能够快速学习，并且在使用软件时更加舒适，”Graeme 说道。团队的第一步是从 CAD 系统将初始几何体导入 Inspire。接下来，该团队利用 Inspire 的内置分析工具来确认初始设计的稳健性。从中可以看出支架有很多过度设计，是有很大的优化潜力的。随后，Graeme 和团队使用 Inspire 将一些负载和约束施加到零件上，并分配哪一部分是要进行优化的设计空间。设置完成后，团队进行了首次优化。“我们在 Inspire 中进行了 多次不同的迭代，并测试了很多场景。这些包括许多不同的负载情况，较大的设计空间和不同的优化目标。总而言之， 我会说我们运行了大约 4-5 个不同的迭代，但最终能够根据一些不同的因素来确定最佳设计。”Graeme 说。一旦确定 了最终优化，该团队使用 Inspire 的 PolyNURBS 工具快速轻松地将形状快速构建为实体几何，正如 Graeme 所说，“对于增材制造来说是非常友好的设计”。最后，该团队运行了一些不同的有限元分析，对新设计进行测试，以验证其在所有使用场景中的表现。 Graeme 指出，“使用 Inspire 设计非常快，我会说，这部分的整个设计周期只花了大约一个星期的时间。 Inspire 中的 PolyNURBS 工具对我们来说非常有用，他们让我们快速对优化后的结果进行设计，并快速进入到增材制造阶段。”

     结论 

    设计完成后，该团队将该零件的设计文件交给他们的合作伙伴 Burloak Technologies，Inc.进行增材制造。最终部件采用 AlSi10Mg 生产，重量比原始实体支架轻 70％以上。该部件不仅效能更高，而且还可以大幅度减少浪费材料，每个支架约大约能减少 53 立方英寸。 

    RIHT 团队计划继续开发其 Hyperloop 可部署车轮系统。并且该团队也在不断成长，现在包括 6 名学生以及 5 名 顾问。最终团队希望将可部署车轮系统放置在另一个团队的车舱上，以便开发完整的系统。Graeme 提到：“很多团队对此表达了兴趣，并对我们团队自身的咨询能力非常感兴趣。我们正在探索所有合作的可能性。”

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