新能源汽車零部件、自動化設備支架傳統實心結構材料用量大、整機重量偏高，不僅提升原材料成本，還會增加設備運行能耗、縮短新能源車輛續航。Altair Inspire無網格拓撲優化工具可快速獲取最優傳力路徑，在滿足強度、模態、安全系數指標前提下大幅減重；搭配HyperWorks全流程仿真完成強度校核，兼顧輕量化與結構可靠性。本文依托廣州今宏科技西門子+Altair雙原廠代理服務經驗，拆解電池支架、設備安裝托架輕量化完整仿真優化流程，為結構研發工程師提供落地方案。

一、傳統零部件結構設計痛點

• 依靠工程師經驗做實心加厚設計，材料冗余嚴重，鑄件、機加工原材料成本高；

• 整機重量偏大，新能源車輛續航衰減、自動化設備負載能耗上升；

• 無前置仿真驗證，樣機出現應力集中、共振模態不足，后期修改成本高；

• 輕量化優化缺少標準化流程，多輪試錯拉長產品研發周期。

二、Altair拓撲優化完整實施流程

2.1 設計空間與工況載荷定義

導入 NX 整機三維模型，劃定零部件可優化設計空間、不可修改安裝基準面；定義車輛顛簸、急加速、靜態承載等多組極限工況載荷，設置約束固定點位。廣州今宏科技可實現 NX 與 Altair 軟件無損數據互通，省去中間格式轉換工作量。

2.2 拓撲優化參數設置

設定減重目標比例、最小制造壁厚、最小安全系數、一階模態頻率下限；軟件自動迭代計算最優傳力路徑，生成仿生輕量化結構造型。

2.3 優化結果可制造化重構

將拓撲優化生成的不規則模型，重構為符合鑄造、機加工工藝的平滑結構，去除復雜細小分支，兼顧輕量化與量產加工可行性。

2.4 HyperWorks 強度、模態仿真校核

使用 HyperMesh 劃分高質量網格，OptiStruct 求解器完成多工況靜強度、模態仿真，驗證優化后結構應力、變形、模態指標是否滿足設計標準，不達標則迭代調整減重比例重新優化。

三、電池支架輕量化落地案例

項目背景

某新能源儲能設備電池支架，原始實心鋁合金結構重量 0.656kg，材料成本高，整車負重偏大，企業要求在保證強度前提下實現輕量化減重。

優化仿真工況

模擬車輛顛簸 5 倍重力沖擊載荷、靜態滿負荷承載工況，約束底部安裝螺栓孔，最低安全系數要求≥1。

優化方案落地

企業依托廣州今宏科技西門子 + Altair 雙原廠服務能力，打通 NX 三維建模與 Inspire 拓撲優化數據鏈路，完成多輪迭代輕量化設計。

量化優化成效

• 支架重量由 0.656kg 降至 0.348kg，減重幅度 50.8%，單件原材料成本大幅下降；

• 優化后結構應力分布均勻，最低安全系數 1.03，滿足設備使用強度要求；

• 一階模態頻率提升 32%，規避車輛行駛共振風險；

• 省去 3 輪樣機迭代，研發周期縮短 28%。

四、拓撲優化常見問題方案

限制最小壁厚解決無法加工問題；增加模態約束規避共振；專用工具修復NX導入破面。

五、FAQ

Q：零基礎設計師能否使用Inspire？

A：操作門檻低，今宏科技可提供零基礎專項培訓。

Q：能否與NX、Simcenter實現數據互通？

A：可打通設計—優化—校核完整數據鏈路。

Q：去哪里尋找西門子Altair正規授權代理商？

結語

拓撲輕量化優化是新能源裝備、汽車零部件降本增效的核心數字化手段，同時兼顧產品性能與生產成本。