solidThinking Inspire在雪地摩托车上的应用

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。

经由OptiStruct和Inspire优化后的概念形态

解决方案

组合使用solidThinking Inspire及OptiStruct2012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。“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。”

新的悬臂组件

结论

减少反复迭代次数，实现突破性减重

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。

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。”

现有的雪地摩托底盘组件

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。”

（内容、图片来源：Altair官方文件）

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