轨道车辆制造商使用HyperWorks快速修改轨道车设计

项目介绍

美国铁路机车工业公司（American Railcar Industries），总部设在密苏里州圣查尔斯，主要从事设计制造商业轨道车，生产车轮以上的所有部件。客户使用该公司生产的车厢运输各种液体和固体原材料，包括石油、煤炭、水泥、沙子、谷物和其他物质。他们的设计包括货车车厢、吊船和料斗等。

挑战

该公司在设计其“国内最强”汽车时必须牢记其运输材料的特殊性。例如，氯具有很强的腐蚀性，且受联邦和各州的法规限制。所以装载它的车厢设计必须非常稳定。与此同时，轨道车必须是具有成本竞争力，因此该公司旨在开发制造成本最低的设计，以提供高性价比。“如果我们能拿出最低的成本和最高效的结构，我们就有一个高效的设计”，美国轨道车辆结构工程师Spencer Ashie-Winns解释说，“因为导轨限制车辆不能超过22万磅。如果我们的车厢结构重量为100,000磅，那么客户可以运输120,000磅商品。如果竞争对手可以开发75,000磅的车，那么客户就可以拖拉145,000磅商品。因此，客户正在寻找底线，这推动了创新，所以只有用极具竞争力的成本开发最好的产品”。Ashie-Winns和他的工程团队已经利用有限元分析软件多年，但该软件的局限性已经开始减缓他们的创新流程。

例如，他们为不同类型的车保持基本车型，而不同的用户要求根据他们运输的特定货物而定制车辆。因此，工程师必须在不同的负载情况下重新运行模型。“用以前的软件，我们不得不做全局修改，相当于回到起点，删除网格，然后重新划分网格，并且要特别注意网格节点的连接关系。”Ashie-Winns说，“如果有多处变化，这将是非常繁琐的事情。另外，如果试图旋转模型，那简直就是一场噩梦。”此外，该公司将做越来越多涉及结构动力学的项目。在过去，已签约的项目就已经涉及到结构动力学了，使用以前的软件做研究，如果包括动态分析，他们将面临昂贵的购买计划，但HyperWorks不需要购买任何额外的软件。最终，他们现有软件与生俱来的问题越积越多，“我们花费了很多时间去修改”，Ashie-Winns回忆说，“我意识到必须得做些什么了”。

“HyperWorks已经改变了我们的设计方式，现在我们毫不犹豫地尝试不同的选择，因为修改网格非常方便。”Spencer Ashie-Winns 结构工程经理 美国铁路机车工业公司

解决方案

在加入美国铁路机车工业公司之前，Ashie-Winns所在的公司使用HyperMesh——Altair HyperWorks系列CAE软件的前处理模块。“在我以前的公司, 我有机会选择IDEAS或者HyperMesh来做前处理，我坚持使用HyperMesh，因为它非常容易使用。”Ashie-Winns说。在美国铁路机车工业公司，Altair给我们做了一些演示，我意识到它是如此先进，甚至比我想象的更好。它解决了我们的需求。”

工程师通过HyperWorks能够在最后验证试验前评估更多的虚拟设计

使用HyperMesh以后,当工程师需要改变车的几何时，网格很快得到更新，无需删除网格再重新划分。此外, Ashie-Winns可以使用同样的HyperWorks点数来运行HyperWorks其他模块或者Altair合作联盟中的任何一款软件。“如果我需要做一个流体力学分析，”他说，“我不需要购买任何软件——只需要从我的HyperWorks软件中选择相应的模块就可以了。”

轨道车的HyperMesh有限元模型和在HyperView中查看的应力结果

结论

“HyperWorks已经改变了我们的设计方式。”Ashie-Winns说，“现在我们毫不犹豫地尝试不同的想法。过去因为重新设计难度大以及只有两到三个选择，我们放弃了很多好的想法。HyperWorks的优势是没有限制我们最初的设计想法。

如果我们想尝试15次迭代，我们将毫不犹豫，因为HyperMesh中修改网格很容易。

他注意到HyperMesh中更加强大的图形和显示，使他的团队可以在不消耗大量资源的情况下旋转非常大的模型，这将非常节省时间，也就是节省成本。

美国铁路机车工业公司也使用MotionSolve来进行机械动力学分析 。因为工程师可以使用已有的HyperWorks软件进行分析，他们不再需要联系其他有合适软件的工程师来做这个分析。

“我们是一个全方位的工程团队，”Ashie-Winns表示，“我们不会将自己限制在静态和疲劳分析，因为我们知道我们现在有做任何分析的工具，这使我们非常自信。”

现在，美国轨道车正在考虑使用HyperCrash开发模型，当列车遇到冲击时准确地表明各类货物的行为。“过去，大多数的动态分析是通过试验进行的。现在通过HyperCrash进行动态分析可以模拟真实环境下的试验。”

“HyperWorks软件的能力是在其他其他软件基础上的又一次提升。”Ashie-Winns说，“HyperWorks的许可证模式允许选择我们所需要的软件模块，真正满足了我们的需求。”