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 三星利用OptiStruct进行洗衣机 零部件再设计,实现轻量化设计
发布者: 出处:Altair 日期:2014/3/25 阅读:1106 推荐:0 点评:0
   

 

      三星利用OptiStruct进行洗衣机

零部件再设计,实现轻量化设计

 

 

 

主要看点

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

项目介绍

苏州三星电子公司是韩中合资的企业,主要研发和生产主流的家用电器。在过去的17年里,公司已经生产了许多新款的冰箱和洗衣机,每一款都进行了细致的工程分析,通过优化来实现最大价值,在确保高品质性能的同时降低产品重量。

每一个零部件的设计都力争实现轻量化的目标,所以苏州三星非常重视洗衣机皮带轮的优化设计就不足为奇了。滚筒洗衣机的皮带轮是洗衣机的一个重要零部件,在电机和滚筒之间其转乘作用。

 

 挑战

传统的皮带轮通常为铸铝材料,由于生产成本的压力,像苏州三星这样的企业已经开始关注通过优化设计或使用新材料来减少皮带轮的重量,其中性能和成本是主要的考虑因素。所以苏州三星利用拓扑优化技术来满足相关设计和材料的挑战。

安装在洗衣机上的原铸铝材料皮带轮

行业

电子消费品

 

挑战

皮带轮的轻量化设计

 

Altair解决方案

利用OptiStruct进行拓扑优化、尺寸和形状优化分析

优点

Ø  减少了材料的使用

Ø  实现轻量化设计

 

 

 

圆角矩形: “利用OptiStruct进行的轻量化设计为后期的结构优化提供了重要的参考。”程福萍高级工程师苏州三星电子公司

 

       

 

解决方案

     

铸铝材料皮带轮原始结构模型                   拓扑优化结果                 铸铝材料4辐皮带轮的优化CAD模型

 

为了实现皮带轮的优化设计,苏州三星选择了OptiStructAltair HyperWorks计算机辅助工程工具和现代结构分析与优化求解器的重要部分。“OptiStruct给我们提供了重要的优化功能,比如拓扑、尺寸和形状优化。程工说,我们对通过拓扑优化来获得最有效结构或材料布局特别感兴趣。就皮带轮来说,公司采用了拓扑优化中的变密度法,密度法以每个单元的相对密度为设计变量,通过寻找结构的最佳传力路径来确定材料的最佳布局。

首先,对原始皮带轮的模型进行静力分析。然后工程师定义拓扑优化模型,包括设计变量的定义、目标函数和约束条件。在解决优化问题之后,他们创建了基于拓扑优化结果的模型,并在此基础上进行尺寸和形状优化。整个流程包括优化结构的静力分析以及优化前后的结果比较。苏州三星的工程师找出最优的材料布局或轮辐区最小的体积,优化5辐皮带轮。

拓扑优化之后先创建4辐皮带轮。形状优化能够使工程师确定轮辐末端岔开的角度。相对于5辐皮带轮,重新创建的CAD模型显示皮带轮的总体积减少了6%

然后,苏州三星开始评估用尼龙材料替代铸铝材料的潜在利益。尼龙材料提供较低的密度,但是必须增加更多的材料以满足皮带轮的刚度要求。同样,工程师对尼龙材料的皮带轮也进行了静力分析,利用OptiStruct进行拓扑优化,测量材料的不同密度,然后在Altair HyperView中读取结果。借助OptiStruct,可以去除5辐尼龙皮带轮上不重要的材料,而不影响性能,比原始尼龙材料的模型总体积减少10%


   

   尼龙材料的皮带轮的结构应力                 设计空间和拓扑优化           优化后的皮带轮显示同样的性能而重量节省10%

 

结论

“最终优化的皮带轮使用了较少的材料,同时满足了我们的位移和刚度要求,”程工说道,“OptiStruct拓扑优化技术帮助我们达到了结构减重的目标,找到可替代材料,而无需大量的试验,同时满足机构性能要求。该轻量化设计为后期的结构优化提供了重要的参考。”

现在,铸铝材料4辐皮带轮已经得到了大规模生产,三星公司也通过皮带轮的再设计获得了专利。尼龙材料的皮带轮目前还处于试验阶段。

 

 

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27年的经验,Altair不断为各个行业的客户创造竞争优势。

www.altair.com.cn

 

 

  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。

www.altairhyperworks.com.cn

 

 

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。

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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。

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