“我们发现OptiStruct和HyperStudy提供的优化能力对于我们的RTB设计来说简直是一种财富。Altair公司给予了我们出色的支持。”

Andrew Charlesworth

设计分析师

Gestamp

　　项目介绍

　　后扭转梁(RTB)悬架系统通常用于 A、B 和越来越多的 C 级车，其优点在于制造成本低，包装要求小，与汽车操控性能有良好的兼容性。

　　除了需要满足一定的刚度和耐久性要求，当其弹性运动学特性也被纳入考 虑范围时，RTB 的设计就变得困难。目前，采用实验设计(DOE)和优化方法 来探索可用的设计空间，同时减轻 RTB 的重量并降低设计成本是可行的方案。

　　Gestamp 公司是全球性的底盘零部件供应商，其客户包括福特、大众、宝 马和本田。它在英国、西班牙和德国设有技术中心，不断扩大的全球业务促使其需要不断地开发低成本，高容量的底盘产品。基于对零部件的质量和成本(与 质量密切相关)的考虑， Gestamp 公司与其客户从 2005 年开始引入 Altair 公司的优化驱动设计理念。

　　通过形状优化，形成了成本相对较低的 “U”形设计，既满足 RTB 设计 的刚性目标，又降低了反相滚动负载情况下关键焊缝的应力，从而提高了耐久性。

　　如今，这个耐久性要求已被确定为这种类型 RTB 设计的主要指标之一。

　　挑战

　　一个“U”形的 RTB 设计通常需要考虑几个相互关联的目标。限定主要结 构部件形状的两个关键目标是侧倾刚度和侧倾转向。二者都受到扭转元件(RTB 的横向构件)形状、位置、截面参数的影响。

　　解决方案

　　Gestamp 公司选择 Altair 开发的一套自定义工具，简称为“RTB 工具箱”，它可以用来指导最初的 RTB 概念设计， 使其一些参数符合运动学和法规(K&C)的要求，如侧倾刚度和侧倾转向，从而消除初始“反复试错”的设计循环。

　　该软件使用高性能前处理器 HyperMesh 在 RTB 装配体的每个组件中创建外形设计变量，HyperStudy 用于设置 实验设计(DOE)，通过 DOE 可以得到每一个设计变量对于响应的灵敏度，另外 DOE 可以为后续响应面的创建提供数据点，最终的优化设计将基于响应面进行。

　　设计过程的下一阶段是建立从优化工具箱输出的 CAD 模型。这个模型满足耐久性要求和强度标准。经过多个客户项目验证，反相滚动耐用性负载显著影响结构质量。在实验中，相对的垂直位移被施加到一个 RTB

　　系统的车轮中心，以模拟车辆转弯的重复循环载荷。一般来说，侧倾刚度增加，疲劳性能降低。耐久性分析和先前实验所得的经验可以定义关键位置焊缝的应力极限(例如本例中加强件与扭转件之间)。这两

　　个部件的关系对侧倾刚度和疲劳寿命有显著影响。加强筋的长度和扭转元件截面形状的组合形状优化可以得到一个最优解，从而在满足耐久性与刚度的条件下，最大限度地减轻质量。经过与多个类似产品的对比，表明 OptiStruct 是一 个用于开发设计的强大工具。

RTB 工具箱界面 反向滚动疲劳应力云图

优化后的RTB结构

　　“RTB 工具箱”的发展大大减少了项目初期概念设计时的时间。这个工具箱设计方法的另一个好处是 DOE 的使 用。这些研究在快速得到以各种 K&C 目标，包括装配体内各部件的形状的灵敏度方面极具价值。

　　OptiStruct 提供的优化能力被广泛应用于调整该工具箱输出的设计，并使其最终满足耐久性要求同时确保满足

　　K&C 性能要求，扭转原件边缘的局部形状优化也成功地用于生成不同水平侧倾刚度的设计中。

　　结论

　　采用“U”形截面设计的 RTB 扭转元件通常被看作是一个简单的、低成本的解决方案。然而，当材料厚度大于6mm，有时为了满足性能目标，使用昂贵的“挤压管”式的扭转元件，该元件与“U”形截面扭转原件相比，明显要 重的多。

　　Gestamp 公司已经认识到通过 “U”形截面的设计优化从而减少质量的潜力，HyperWorks 中的“RTB 工具箱” 可以快速的创建符合 K&C 目标的一个 RTB 几何体，消除最初的“反复试错”的设计循环。对弹性元件和加强件的形状进行了优化，尽量减轻重量，同时满足耐久性要求。通过这个过程，Gestamp 公司可以更好更快的设计出具有市场竞争力的轻质、低成本的 RTB 结构。

　　Gestamp 公司 RTB 设计开发过程的下一步计划包括：

　　· 考虑诸如硬点位置、弹簧等外部因素从而确定一个更加优化的解决方案。MotionSolve 将用于此过程。

　　· 权衡各种设计变量以确定哪些变量微小的变化可以导致重量的大幅度降低。

　　关于Altair公司

　　Altair公司是世界领先的工程设计技术的开发者之一，也是一家具有全球深厚工程技术底蕴的优秀CAE工程公司。Altair 公司拥有多元化的业务主线，其技术涵盖 高端CAE仿真和优化技术、数据管理及流程自动化、高性能计算与网络计算技术，同时具备一流的产品设计、流程定制、二次开发等咨询服务能力。Altair目前为私 人所有，总部设在美国底特律，在全球拥有2000多位员工，分支机构遍及美洲、 欧洲及亚太地区。凭借其在产品设计、先进CAE工程软件开发和网格计算技术等方面拥有30年的经验，Altair不断为各个行业的客户创造竞争优势。

　　企业级CAE仿真平台 构建于设计优化、性能数据管理和流程自动化的基础理念之上，HyperWorks是 一个企业级的仿真解决方案，用于加快企业设计开发和决策过程。作为业界最全 面的开放构架的CAE解决方案，HyperWorks包括第一流的建模、分析、可视化 和数据管理解决方案，适用于线性、非线性、结构优化、流固耦合和多刚体动力 学等多个领域。

　　产品创新咨询服务

　　Altair产品设计咨询团队(ProductDesign)是一个提供创新的、端对端解决方案的、 全球性的多学科产品研发和工程咨询团队，向全球客户提供全面的工程咨询服 务，其设计方案能够综合产品可用性、适用性、高性能、多需求、低成本等多个 方面的因素。通过领先的研发流程和丰富的行业经验，帮助客户产品以更快的速度投向市场。

　　网格计算和资源管理平台

　　Altair PBS Works 帮助制造业、资源勘探、地球科学、天气预报、计算化学、制 药、金融和娱乐行业的企业、学校和研究机构最大化其计算软硬件资源的投资回 报。PBS Works系统作为Altair HyperWorks家族中的成员，帮助制造业用户在实现大规模CAE仿真的同时按照需求有效地利用企业的计算资源，包括网格、集群和其他计算系统。