來源：技術鄰 優化設計學院
正文
行業：重型機械
挑戰：傳統結構優化設計無法到達設計要求。
Altair 解決方案：利用 solidThinking Inspire 優化技術獲得材料的最佳承力結構。
優點：以優化引領結構設計；提升整個流程效率
背景介紹
隨著社會的發展以及技術的進步，無論是國家有關節約的政策號召，還是製造企業降低成本的實際需要，都要求設計人員用更系統、更科學的設計思路和方法， 保證產品高質量的前提下，使用儘量少的材料，以最大限度的節約成本。而引入仿真優化技術是實現這些目的的較好手段。
仿真優化技術源於馬克思威爾理論和米歇爾桁架的研究，在過去的十幾年中，許多工程師在結構優化的理論研究和工程應用方面做了相當多的努力。尤其在汽車行業，許多公司為了改善產品、提升性能，在節能、減重等方面做了大量的努力，在應用上取得了很多成果。
仿真優化技術以其有效節省材料，降低成本的特點而得到了廣泛的應用。安徽合力股份有限公司以叉車轉向橋橋體設計為例，藉助 Altair 公司的 solidThinking Inspire 軟體，將優化技術運用在產品概念設計階段並在整個設計過程中發揮作用，結果表明，整個過程可以有效的縮短開發周期，提高設計效率。
挑戰
在傳統結構優化設計流程中，往往優化工作是在詳細設計完成並形成完整數字模型後，CAE 工程師才根據數字模型進行優化並提出優化方案，設計人員根據優 化方案調整後往往再次由 CAE 工程師進行優化，優化後再設計。即「設計---論證 ---再設計」的模式，這樣一方面會消耗大量的時間，一方面詳細設計已經完成，往 往由於開發周期的限制，一些大的改動已經不能接受，往往由於種種限制，優化得 到的並不是真正的最終方案。
「在接觸到 Altair 公司 solidThinking Inspire 後，我眼前一亮，它應用於設計周期的最前端即概念設計階段，由設計工程師使用，根據構件的受力，支撐等因素，利用優化技術獲得材料的最佳承力結構」 ——常亮， 袁正， 李戈操
解決方案
合力的設計工程師們在設計叉車轉向橋橋體時，引入 solidThinking Inspire，在設計周期的最前端，即概念設計階段使用拓撲優化的方法設計前期方案。定義叉車轉向橋橋體設計空間時，由於轉向橋受載後：轉向節與上橋體壓緊，與下橋體分離，因此主要承載為轉向橋上橋體。下橋體只受主軸變形後的彎矩作用，同時因為直接在轉向節上加力避免了手工移置載荷帶來的誤差，因此在設計空間中建立了轉向節的模型並定義為非設計空間。根據叉車輪距並考慮避讓橫置油缸位置建立「工」字結構作為設計空間。定義非設計空間：上橋體和轉向節連接，下橋體和轉向節之間留有間隙，模擬上橋體主要受力，下橋體受彎矩的真實受載 情況；併合理布置支撐軸位置，在保證最小離地間隙的前提下獲得更好的整車穩定性。
圖 1: 定義叉車轉向橋設計空間
圖 2：定義形狀控制
圖 3 優化結果解讀
圖 4：轉向橋橋體
在 solidThinking Inspire 中，需要定義部件所承受的受力及約束條件，也可以同時定義在多種工況下進行優化，以保 證構件在不同工況下均符合要求。在本項目中，約束位置為橋體中心支撐軸，為防止完全約束兩端導致剛度過大的問題， 放開一端軸向約束，在轉向節上加載載荷，叉車轉向橋受力最大的工況主要有最大側向力工況和最大垂向力工況因此由兩 種工況聯合優化。運行後即生成了優化結果，之後設計師便可根據這些結果進行解讀，即以 solidThinking Inspire 結果為參考，利用三 維設計軟體設計產品，雖然再次回到了傳統設計手段上，但有了前期這個結果作為依據，設計過程也就更加有的放矢了。再根據設計得到的轉向橋模型，由 CAE 工程師進行詳細的優化，得到最終方案。保證結構強度的前提下，掏除部分材料， 降低了成本，同時也提高了可鑄造性。
最後，經過 CAE 仿真分析，最終方案強度、剛度均符合要求，並且由於結構布局良好，所需材料也少於傳統設計，減少了成本，提高了可靠性。
結論
利用 solidThinking Inspire 軟體協助設計叉車轉向橋，在設計早期引入優化的觀念，考慮橋體的最佳受力狀態，得到的最終設計方案在後續的優化過程中只需針對局部細節進行修改，避免了可能出現的重大變化，保證設計出最優的產品， 同時也減少了設計人員和 CAE 人員反覆溝通的時間，大大縮短了開發周期。