项目介绍

　　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。

解决方案

组合使用solidThinking Inspire及OptiStruct

　　2012年，Kerner在一份工程杂志上读到了一篇极其吸引他的文章。文章介绍利用solidThinking Inspire进行摩托车车架设计的案例。solidThinking Inspire是Altair公司的三维概念设计工具，它帮助工程师在设计流程的前期生成并探索高效的结构概念。

　　“这个案例极大调动了我的兴趣，让我有种马上跟Altair谈谈的冲动，”Kerner说道。“随后，我发现solidThinking已经包含在HyperWorks11.0中，原来我早就有这个工具了，于是我立刻将HyperWorks升级到最新版本。”

　　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。”

工程师们也将Inspire和OptiStruct组合起来，评估以铝结构代替钢部件的减重潜力。

　　“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。”

结论

很少的反复次数，以及突破性地减重

　　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。

　　此外，一开始团队利用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。

　　“我们看到利用铝材来代替钢材的可能性，并且结果还能保持同样的应力和耐久性限制，“Kerner说道。

　　现在，每当北极星团队需要设计一个新结构时，Kerner说道，“这简直太容易了，只需在一个设计空间中设定边界条件和载荷即可。我利用solidThinking制作的几何形状，导入至OptiStruct，想看看在同等载荷及应力约束下，将会生成何种结果。由OptiStruct生成的结果与Inspire的运算结果十分相似，这让我增加了对Inspire的信心等级。由此我去说服我的工程师伙伴们，让他们相信这是一种非常可靠的解决方案，尽管它的结果看起来并不像常见的管状托架或者是铸造形态。”

　　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。”

　　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。“如果正确使用的话，它还是一个即时方案驱动程序。”他通过研究说道。

　　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需要更多一些的代币，所以我们可以随意使用仅需少量代币的工具，比如说solidThinking。尤其与其他工程师分享代币时，这种方式很方便，不需要从其他人那里借用大量代币，也不会再有其他的花费，即可运行程序。”

关于Altair公司

　　Altair公司是世界领先的工程设计技术的开发者之一，也是一家具有全球深厚工程技术底蕴的优秀CAE工程公司。Altair 公司拥有多元化的业务主线，其技术涵盖高端CAE仿真和优化技术、数据管理及流程自动化、高性能计算与网络计算技术，同时具备一流的产品设计、流程定制、二次开发等咨询服务能力。Altair目前为私人所有，总部设在美国底特律，在全球拥有1800多位员工，分支机构遍及美洲、欧洲及亚太地区。凭借其在产品设计、先进CAE工程软件开发和网格计算技术等方面拥有27年的经验，Altair不断为各个行业的客户创造竞争优势。