产品
行业：船舶
挑战：为 Alex Thomson 的 “HUGO BOSS” 号 IMOCA 60 级帆 船量身设计一个滑动内饰顶 板。
Altair 解决方案：Altair 产品设计咨询团队 (ProductDesign) 进行两阶段 综合优化的虚拟开发过程。
优点：滑动内饰顶板的设计在材料预 算和限定开发时间内完成。
背景介绍
无论是专业级还是休闲型帆船产业在工程角度来说都是一个有趣的领域。尤其 是在世界级最具挑战的环境下使用的高性能帆船相对于休闲型帆船，更需要高水平 的工程设计。在60级帆船中，帆船通常都是“独一无二”量身定制的产品。大多数 的组件都是为某艘特定的帆船单独设计和生产的，而且不会批量生产，因此每一艘 帆船都可以看作是一个原型，通过工程师丰富的工程经验实现帆船性能的最大化。
为了成功生产和制造一艘帆船，并且达到AlexThomson这次单人环球航海赛 （VendéeGlobe）的要求，设计员和工程师必须保证首次设计的正确性，因为没有过多的精力和时间用来修改。帆船必须在轻盈的同时保证足够结实，而且速度要快，至少和竞赛中速度一样，当然越快越好。帆船的稳定性要好、船身结实和安全性高，并且它的设计能够有效地帮助帆船在水面穿行时进行加速。
为了达到这些严格标准，当今帆船的建造几乎都采用复合材料，以保证重量、强度和适用性这些优势。然而，了解如何最高效地利用这些材料需要复合材料领域内丰富的知识和经验，以及相关行业，如赛车行业多年的磨练。
为了充分利用复合材料的优势，加快实现帆船设计过程的优化，赛艇设计员使用虚拟开发方法进行设计、分析、优化和测试，然后再生产。这种方法能够节省时间和金钱，而且减少船行在水上的压力。
关于AlexThomson
AlexThomson是目前环球帆船赛事最为年轻的冠军，曾获得1998/99年克利伯环游世界帆船赛的冠军；目前他仍保持着这一赛事记录。之后，Alex的目标是成为首个赢得法国旺底不靠岸单人环球航海赛（VendéeGlobe）冠军的英国帆船选手。
挑战
帆船滑动内饰顶板能够保护船长AlexThomson躲过冲到甲板上的浪花，使他在驾驶帆船时能够最大限度的发挥船的潜力。顶板的设计同时能够保持船身向前，从而最大化驾驶舱区域以供Alex操作。Caterham公司复合材料团队经费和材料有限，项目需要在紧张的时间框架内完成并配合整修和训练计划。
Caterham公司复合材料团队的工程师使用现有的中模量碳纤维来做顶板的外壳。核心部分则使用泡沫和Nomex。加工使用的材料是胶合板，虽然精确，但是容易因温度和压力变化的影响而变形。由于胶合板不能热压处理，在项目和最终交付时就需要考虑到室温固化树脂较低体积分数和较低力学性能这两个特性。
“Caterham公司复合材料团队和Altair工程专家联手合作就意味着产品的交付能够达到设计优化的要求。”
解决方案
Altair产品设计咨询团队和Caterham公司复合材料团队使用AltairHyperWorks对帆船顶板进行结构设计。 顶板内部采用的材料是A500泡沫和Nomex蜂窝，外部采用T800碳纤维。可用的碳纤维是UD和编织碳纤维。0度及90 度板层仅用UD，30度、40度和60度板层只能够用编织碳纤维。屋顶核心固定部分的厚度为20mm。优化过程中考虑5个载 荷步。一个载荷步着重于作用于顶板0.65kNm2的水压，而另外四个模拟Alex单腿在屋顶不同位置的情况（90kgat2g）。
Altair产品设计咨询团队对顶板进行了自由尺寸优化和尺寸优化。第一步，自由尺寸优化，确定了铺层补丁最佳形状和位置，基本上回答了：在结构上需要哪些纤维角度？这决定了两个目标：规格最小化和整体质量最小化。第二步，实现尺寸优化，发现铺层补丁厚度优化。工程师优化系统达到以下目标：规格最小化、约束挠度为10mm和约束失效指标为0.5。
结论
根据预期要求的刚度，最终顶板设计总重为36kg，且在任何载荷工况下均没有失效。在行驶帆船时既阻挡了浪花又不影响Alex的操作。通过Altair产品设计咨询团队和Caterham公司复合材料团队的合作，最终实现了顶板的设计优化和生产。
2012年7月，AlexThomson在横跨大西洋单人帆船航行中实际检验了顶板。回程时Alex评价了这次优化设计，“我在冬季大西洋遇到的天气给了我很多的机会充分测试我们在顶板上所做的调整，我很高兴地说这真是太完美了。Caterham公 司复合材料团队和Altair工程专家的联手合作就意味着产品的交付能够达到优化设计的要求。”
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