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优化汽车行业的零部件重量：德纳公司案例研究

技术

机器人 - 自动导引车 (AGV)

适用行业

汽车
特种车辆

适用功能

产品研发
质量保证

用例

车辆性能监测
视觉质量检测

服务

硬件设计与工程服务
测试与认证

关于客户

德纳公司总部位于俄亥俄州托莱多，是汽车行业零部件和总成的领先供应商。该公司为世界各大汽车生产商设计和制造各种产品，并两次获得马尔科姆·鲍德里奇国家质量奖。德纳致力于成为汽车、商用和非公路车辆公司的重要合作伙伴，这些公司每年生产的车辆总数超过 6000 万辆。德纳商用车系统集团专注于前转向、后驱动、拖车和辅助车桥的开发；传动轴;转向轴；暂停；以及面向全球商用车市场的相关系统、模块和服务。

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挑战

德纳公司是汽车行业零部件和总成的领先供应商，在设计重型卡车悬架系统和其他总成时面临着重大挑战。由于这些部件的负载重、环境恶劣且寿命要求长，这项任务十分艰巨。从历史上看，这些组件被过度设计且更重，以满足可靠性要求。然而，在当前经济形势下，商用卡车的重量及其对车辆成本、乘坐和燃油经济性的影响成为卡车制造商和最终用户的重要关注点。面临的挑战是用最少的材料设计这些零件，但仍保持足够的强度和刚度。必须在满足紧张的预算和产品发布时间表的同时实现这一目标，从而排除了构建和测试大量硬件原型的可能性。

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解决方案

作为产品设计过程的一部分，Dana Corporation 的商用车工程师使用 ANSYS Mechanical 软件的拓扑优化功能来优化组件重量。该方法首先通过多体仿真确定载荷。然后构建初始粗糙实体模型以填充组件允许的最大可用空间包络。接下来，开发了有限元网格，ANSYS 拓扑优化例程自动消除了刚度低于指定阈值的单元。结果是一个分析模型，仅包含用最少的材料维持组件所需刚度所需的元素。然后将该拓扑优化模型叠加在实体模型上，以指导工程师完成重量优化零件的详细设计。

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运营影响

The optimization approach used by Dana Corporation has been highly successful and is now standardized as a best practice in the group. It is now readily applied to optimize the weight of most of Dana’s commercial truck components. The optimization guided the design in a direction that was not intuitively obvious and provided engineers with a greater understanding of component behavior and stiffness transfer paths. This has not only led to weight reduction but also improved the overall design process, making it more efficient and cost-effective.

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数量效益

Engineers reduced part weight by 25% while maintaining required stiffness and strength.
The process was completed in less than a day, compared to weeks otherwise needed for trial-and-error iterations on expensive physical prototypes.

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