应用案例 | 阿尔斯通使用solidThinking 优化设计列车转向架铸造部件

本文摘要（由AI生成）：

阿尔斯通公司，全球铁路系统领军者，利用先进的仿真技术和增材制造优化了关键铸造部件设计。工程师面对的挑战是优化防侧倾系统支承部件，原设计过于坚固。通过solidThinking Inspire的拓扑优化和Evolve的模型细化，结合3D打印技术，显著减少材料使用，减轻部件重量并降低成本。最终设计减重约70%，满足所有结构要求，展示了阿尔斯通在结构设计、仿真整合和预测方面的能力。公司计划继续利用这些技术推动可持续交通创新，展现其在铁路行业的领导地位和对可持续发展的承诺。

作为可持续交通的推动者，阿尔斯通专注于开发和销售铁路领域的系统、设备和服务。阿尔斯通管理着市场上最为广泛的解决方案，覆盖从高速列车到地铁、电车，进行定制服务（维修保养，现代化，…）和提供基础设施及信号解决方案。阿尔斯通是全球铁路系统的领导者。目前公司覆盖60多个国家，拥有员工31000人。

在每一个行业，开发工程师努力创造最佳的制造和开发过程，以创造最好的产品。当寻找完美的结构设计解决方案时，他们必须考虑技术和经济方面的问题。仿真技术的使用让他们能够实现目标，并在整个产品的创建过程获得支持。

对于这个特定的项目，阿尔斯通工程师的任务是改善现有的一个铸造部件的设计。他们想对这个部件进行优化，并对其专门设计，用金属增材制造的方式实现。目前该部件已应用于阿尔斯通城市列车转向架的大型机组中，用于支承防侧倾系统。在第一次部件设计中，该设计针对所发生的工作负载看起来过于强壮，根据有限元（FE）模型显示，安全系数也有点太高。

铸造部件的原始模型

以solidThinking Inspire进行拓扑优化

在solidThinking Evolve中细化模型

以3D打印方式实现部件

作为第一步，是使用solidThinking Inspire®进行分析，这个过程之前都是用有限元软件Altair HyperWorks®来完成，而Inspire与之结果完全一致。为了提高整体设计中，同时优化材料的使用率，此时就要定义需要进行优化的空间，随后进行拓扑优化。

经过Inspire多次迭代，获得根据载荷工况而定制化的解决方案，随后外部的形状使用solidThinking Evolve®进行细化。最后利用这个几何形状，进行详细的有限元分析以进行验证。下一步工作已经在进行中，团队已经开始筹备和分析部件，为增材制造环节做准备。为此，阿尔斯通与当地3D打印公司合作商议此事。

为了处理仿真任务，阿尔斯通巴塞罗那公司应用HyperWorks进行网格划分任务，并执行静态FE分析。对于优化和设计任务，工程师依靠solidThinking产品，主要是Inspire和Evolve。 这些工具帮助他们解决诸如材料问题，几何精简，以及工业流程和设计之间的调整问题等。

在工程师开始重新设计用于支持防侧倾系统的火车转向架部件之前，他们已经对现有的设计进行了分析。由于有限元模型表明安全系数有点太高，所以又使用solidThinking Inspire进行了分析，获得的结果与之前完全相同。为了在优化材料使用的同时改善整体设计，工程师增加了设计体量，以扩展优化选项。对于随后的拓扑优化，工程师首先创建了一个设计空间，然后应用负载和其他边界条件，并最终根据该输入进行优化。随着Inspire进行了几次迭代，其中设计空间发生变化，团队应用了各种不同的负载情况和边界条件，开发了定制解决方案。

最后，使用solidThinking Evolve对外部形状进行了改进，并通过详细的FEM分析再次验证了该几何符合设计要求。