Altair Taiwan Blog

項目介紹

自2000年首次參加澳大利亞SAE大學生賽車比賽以來，Monash車隊的賽車性能得到了穩步提升。他們輝煌的戰績為此做出了最好詮釋：Monash車隊在澳大拉西亞站比賽中豪取六連勝，並在歐洲方程式學生大賽中技壓群雄，當前排名位列世界第七。

他們的成功來源於對基礎工程的深刻見解和對創新理念的不斷追求，同樣重要的還有對於完美性能的狂熱與執著。最近，學生們發現將Altair的OptiStruct優化技術與3D列印技術相結合可為他們帶來意想不到的好處。基於 2013款樣車的後輪轂設計，團隊採用鈦合金前輪轂和立柱來降低汽車的非簧載品質。但由於之前已經採用了輕質的鋁合金設計，因此這給他們帶來了嚴峻的挑戰。為解決這一問題，Monash車隊採用Altair的優化技術OptiStruct來設計並優化鈦合金立柱，然後利用CSIRO的增材製造技術進行生產。因此，學生們不僅能夠保持元件的剛度、減少開發時間和成本，還進一步減輕30%的重量。

挑戰

為保持最佳的競技水準，Monash車隊將其總體方針制定為：嚴格掌控開發時間和成本，打造出更快、更輕、更出色的創新型賽車。

在2013年底，團隊面臨著新一輪重量和性能方面的挑戰。隨著3D列印技術的不斷發展，學生們發現了一項可以説明他們製造更輕汽車的新技術。增材製造技術突破了常規製造方法的局限，使得製造有機形狀和結構成為可能，這為Monash的部件設計提供了更多靈感。但由於3D列印元件的品質和性能只能忠實於設計方案，因此這為開發人員帶來了新的困難。

鈦合金立柱在設計上可與現有立柱相替換，這是繼前一款賽車M13調整後的一次很小改動。立柱的設計流程包括有限元分析驗證，其中採用了大量的載荷工況。輪轂在設計上同樣可進行替換。在這些條件的制約下，Monash團隊在考慮增材製造技術局限性的同時，必須為實現元件的理想材料分佈進行優化。

 使用OptiStruct優化的鈦合金立柱。上：確定設計空間是優化流程的首要步驟；下：拓撲優化通過既定邊界條件提供了最理想的材料分佈。

解決方案

通過Altair HyperWorks可啟用模擬驅動設計流程，並對採用增材製造技術生產的元件進行結構上的優化設計。在當前幾何圖形的限制範圍內，學生們在Altair的優化工具OptiStruct中創建了一個設計空間。他們通過應用邊界條件（例如負載和製造約束）進行拓撲優化，並在OptiStruct的幫助下創建了一個剛度更高、品質更輕的元件結構。接下來，學生們選取了OptiStruct設計方案，充分解讀並創建了有效的CAD設計方案。然後，在使用多載荷工況的情況下，利用進一步的有限元分析對設計予以驗證。

部件的許多表面都應控制在較小的公差範圍內。此外，它還有很多安裝表面。因此需要密切關注零件的整體製造過程，適當添加其它加工材料。

結論

OptiStruct幫助Monash車隊最大程度地減輕了賽車重量，實現了專案的整體目標：為輕型設計立柱進一步“瘦身”。利用OptiStruct與最新製造工藝（如鈦合金電子束熔融技術）優化結合而打造的部件，充分彰顯了其獨特的性能優勢。與此前設計相比，不僅剛性更強、更加安全，而且總重量減輕了約30%。對此，OptiStruct功不可沒。它從精妙的自然結構中汲取靈感，並通過優化材料分佈來提供一種行之有效的設計方案。

3D 列印技術與傳統製造流程相比，可以節省一半以上的鈦合金材料。由於無需在電腦輔助製造流程或零件加工方面花費過多時間，元件的生產速度得到極大提升。整個列印流程僅耗時一天，與去年鋁合金部件的製造流程相比，節省了大量時間。

      Monash車隊是源自維多利亞克萊頓Monash大學主校區的一個學生社團組織。Monash團隊由70名學生組成，他們自行設計、打造開式車輪賽車參加SAE 方程式比賽，這項比賽是世界上規模最大的學生工程設計比賽，共有超過500個參賽車隊同場角逐冠軍大獎。通過參加比賽，Monash車隊的學生們可以在各自的工程和商業領域獲得寶貴的實踐經驗，這不僅豐富了他們的大學經歷，也為他們未來的職業道路奠定了堅實的基礎。更多資訊請訪問 www.monashmotorsport.com。