Monash车队凭借卓越的赛车性能和增材制造技术问鼎冠军宝座

7月前浏览1738

本文摘要（由AI生成）：

Monash车队自2000年参赛以来，在澳大利亚及国际赛车比赛中成绩斐然，连续六次澳大拉西亚站获胜，世界排名第七。面临开发时间和成本限制，车队追求更快、更轻的创新赛车。2013年底，团队利用3D打印技术制造更轻汽车，但组件质量和性能取决于设计方案。Monash车队通过Altair HyperWorks的仿真驱动设计流程，优化增材制造组件结构。结合钛合金电子束熔融技术，部件刚性增强、更安全，总重量减轻约30%。车队由70名Monash大学学生组成，通过比赛获得工程和商业实践经验。

项目介绍

自2000年首次参加澳大利亚SAE大学生赛车比赛以来，Monash车队的赛车性能得到了稳步提升。他们辉煌的战绩为此做出了最好诠释：Monash车队在澳大拉西亚站比赛中豪取六连胜，并在欧洲方程式学生大赛中技压群雄，当前排名位列世界第七。

他们的成功来源于对基础工程的深刻见解和对创新理念的不断追求，同样重要的还有对于完美性能的狂热与执着。最近，学生们发现将Altair的OptiStruct优化技术与3D打印技术相结合可为他们带来意想不到的好处。基于 2013款样车的后轮毂设计，团队采用钛合金前轮毂和立柱来降低汽车的非簧载质量。但由于之前已经采用了轻质的铝合金设计，因此这给他们带来了严峻的挑战。为解决这一问题，Monash车队采用Altair的优化技术OptiStruct来设计并优化钛合金立柱，然后利用CSIRO的增材制造技术进行生产。因此，学生们不仅能够保持组件的刚度、减少开发时间和成本，还进一步减轻30%的重量。

挑战

为保持最佳的竞技水准，Monash车队将其总体方针制定为：严格掌控开发时间和成本，打造出更快、更轻、更出色的创新型赛车。

在2013年底，团队面临着新一轮重量和性能方面的挑战。随着3D打印技术的不断发展，学生们发现了一项可以帮助他们制造更轻汽车的新技术。增材制造技术突破了常规制造方法的局限，使得制造有机形状和结构成为可能，这为Monash的部件设计提供了更多灵感。但由于3D打印组件的质量和性能只能忠实于设计方案，因此这为开发人员带来了新的困难。

钛合金立柱在设计上可与现有立柱相替换，这是继前一款赛车M13调整后的一次很小改动。立柱的设计流程包括有限元分析验证，其中采用了大量的载荷工况。轮毂在设计上同样可进行替换。在这些条件的制约下，Monash团队在考虑增材制造技术局限性的同时，必须为实现组件的理想材料分布进行优化。

使用OptiStruct优化的钛合金立柱。上：确定设计空间是优化流程的首要步骤；下：拓扑优化通过既定边界条件提供了最理想的材料分布。

解决方案

通过Altair HyperWorks可启用仿真驱动设计流程，并对采用增材制造技术生产的组件进行结构上的优化设计。在当前几何图形的限制范围内，学生们在Altair的优化工具OptiStruct中创建了一个设计空间。他们通过应用边界条件（例如负载和制造约束）进行拓扑优化，并在OptiStruct的帮助下创建了一个刚度更高、质量更轻的组件结构。接下来，学生们选取了OptiStruct设计方案，充分解读并创建了有效的CAD设计方案。然后，在使用多载荷工况的情况下，利用进一步的有限元分析对设计予以验证。

部件的许多表面都应控制在较小的公差范围内。此外，它还有很多安装表面。因此需要密切关注零件的整体制造过程，适当添加其它加工材料。

结论

OptiStruct帮助Monash车队最大程度地减轻了赛车重量，实现了项目的整体目标：为轻型设计立柱进一步“瘦身”。利用OptiStruct与最新制造工艺（如钛合金电子束熔融技术）优化结合而打造的部件，充分彰显了其独特的性能优势。与此前设计相比，不仅刚性更强、更加安全，而且总重量减轻了约30%。对此，OptiStruct功不可没。它从精妙的自然结构中汲取灵感，并通过优化材料分布来提供一种行之有效的设计方案。

3D 打印技术与传统制造流程相比，可以节省一半以上的钛合金材料。由于无需在计算机辅助制造流程或零件加工方面花费过多时间，组件的生产速度得到极大提升。整个打印流程仅耗时一天，与去年铝合金部件的制造流程相比，节省了大量时间。

Monash车队是源自维多利亚克莱顿Monash大学主校区的一个学生社团组织。Monash团队由70名学生组成，他们自行设计、打造开式车轮赛车参加SAE 方程式比赛，这项比赛是世界上规模最大的学生工程设计比赛，共有超过500个参赛车队同场角逐冠军大奖。通过参加比赛，Monash车队的学生们可以在各自的工程和商业领域获得宝贵的实践经验，这不仅丰富了他们的大学经历，也为他们未来的职业道路奠定了坚实的基础。更多信息请访问www.monashmotorsport.com。