e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

公交站台顶棚支架结构及铸造工艺浇注系统优化设计应用

2019/11/27    来源:Altair论文集    作者:夏成兴      
关键字:结构优化  工艺优化  浇注系统  
本文通过公交站台顶棚支架结构为案例,介绍了Inspire平台软件的功能以及应用方法。

1 概述

    仿生设计以自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象,有选择地在设计过程中应用这些特征原理进行的设计,同时结合仿生学的研究成果,为设计提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途径。在某种意义上,仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展,是仿生学研究成果在人类生存方式中的反映。

    仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点,使人类社会与自然达到了高度的统一,正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。自古以来,自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。人类生活在自然界中,与周围的生物作“邻居”,这些生物各种各样的奇异本领,吸引着人们去想象和模仿。人类运用其观察、思维和设计能力,开始了对生物的模仿,并通过创造性的劳动,制造出简单的工具,增强了自己与自然界斗争的本领和能力。

    本文通过利用Inspire的优化获取接近自然的仿生结构,同时通过3D打印与铸造工艺-熔模铸造的方法获得结构铸件,其中,Inspire Cast在模具设计中能辅助工程师快速发现模具缺陷,指导修改浇注系统,减少模具开发周期,最后通过Evolve渲染获得该结构在公交车站顶棚的表现。

2 有限元模型的建立

    由于顶棚支撑结构常年暴露室外,所受环境因素多变,现对支撑结构的常见载荷情况进行有限元分析及获取仿生结构。

    2.1 建立初始模型

    Inspire无需手动划分网格,同时为了保证获得优化空间最大化,建立的模型更偏向无孔盒子状。

建立初始模型

图1 建立初始模型

    2.2 材料与属性

    计算中所使用的材料参数如下:

    304钢的材料参数:

    弹性模量:195GPa

    材料密度:8e+3kg/m3

    泊松比:0.29

    长度单位为:mm

    2.3 支撑支架有限元模型受力情况

    对支撑结构在自然环境的受力情况进行分析,分别从静置情况及自然(案例中提取风对支撑结构的影响)因素对支撑结构前、后、左、右侧进行分析,赋予的边界条件如下图所示:

载荷工况

图2 载荷工况

3 考虑后续制造,添加制造约束

    Inspire可对优化结构提供制造约束,支撑结构将采用铸造方式生产,故对优化结构进行双向拔模约束。

制造约束

图3 制造约束

4 分析与优化结果

分析与优化结果

图4 分析与优化结果

    通过云图分析,优化的结构所受最大应力值为9.679e+06pa,符合力学性能。

5 模型重建

    通过Inspire自带建模功能-PolyNURBS包裹生成结构,快速获得实体模型。

实体模型

图5 实体模型

6 模流仿真

    通过Inspire Cast进行仿真分析,快速判断铸造缺陷,尝试不同浇口位置对铸件的影响。

模流仿真

图6 模流仿真

    6.1 确定浇注系统

    通过Inspire发现缩孔位置及大小,确定渣包大小以及浇口位置。

确定渣包大小以及浇口位置

图7 确定渣包大小以及浇口位置

    从云图可发现,铸件中的缩孔基本消失,Inspire Cast指导意义明显。

7 利用Evolve精心设计及渲染

设计及渲染

图8 设计及渲染

小结:

    通过Inspire可快速获得优化模型并快速建模,利用Inspire Cast可预测铸件问题,缩短模具研发周期及成本。对于新产品研发,基于Inspire平台,可使工作快速、简单地完成。

责任编辑:程玥
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并已尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐