大学生方程式赛车车架结构设计与分析(3)
1.2.2 国内方程式赛车车架发展
国内汽车产业的研发工作起步较晚，使用优化分析的方法也远远落后于国外。常国振等人较早地将有限元法和优化分析方法引入到汽车车架的设计和优化工作中[9]。经过了研究人员坚持不懈的努力，国内汽车产业在优化分析方法的研究方面已经取得了突破性的进展。虽然和国外相比还是相差悬殊，不过国内的研究人员仍致力于车架设计和优化的研究中。目前国内汽车车架的设计分析和优化中仍存在以下方面的问题：
(1)目前大部分的有限元分析和优化工作仍然停留在对已经完成的设计车架的分析与验证上，没有投入足够的时间对车架设计的应用进行研究，缺乏实际的验证。
(2)目前在车架的结构强度分析方面，应用有限元分析方法比较多；而在拓扑、形貌这些方面，结构优化设计应用得就很少，这样做只是验证了车架设计的合理性，是否满足刚度、强度和模态等方面的要求，并不能从根本上改进车架，使车架在满足强度、刚度和模态要求的前提下，同时尽可能的轻量化。
(3)目前车架的结构形式比较单一，大多数学校都是用的桁架式金属车架，没有像国外类似单体壳方面的突破性进展，比较缺乏创新设计。虽然有些学校采用的是单体壳，但是仅仅在外形方面相似而已，具体的设计思路、加工过程、制造单体壳所用材料的类型和尺寸等都有较大的区别。
有限元方法是一种具备坚实的理论基础的数值分析方法，而且应用广泛，对客户来说比较便捷以及高效，并且随着计算机相关技术的飞速发展和突破,有限元方法的相关产品，如HyperWorks、ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA等，正在汽车产业车架的设计及其结构优化设计中发挥着巨大的不可替代的作用[22]。
1.3 本文研究的主要内容
在本文中，对大学生方程式赛车车架的静态性能和动态性能进行了分析。静态性能是指静止的车辆在满载弯曲情况下车架的位移和应力分布，还包括车架的固有频率和低阶振型；动态性能主要包括车辆在紧急制动、高速转弯等情况下车架的位移和应力分布。经过搜集与阅读有关车架设计、结构分析以及优化设计方面的中英文参考文献，结合《2015年中国大学生方程式汽车大赛规则（2015.03.24）》的要求，深刻认识了赛车车架分析和优化的研究现状与意义。
本文首先简单介绍了《2015年中国大学生方程式汽车大赛规则（2015.03.24）》的基本要求，并根据本课题组赛车的总布置，结合整车的人机工程学，使用CATIA三文建模软件，建立了车架的三文实体模型；由于所用的有限元分析软件HyperWorks的前处理器HyperMesh支持直接导入几何模型，所以直接将设计的车架的线框模型导入其中，并通过设置管件的材料和尺寸等属性、划分单元网格，从而建立车架的有限元模型；运用数学和物理知识，结合方程式赛车在实际行驶过程中的运动状态，从而分析出车架在各种极限工况下的受力和约束情况，并在前处理器中施加不同工况下的载荷和添加不同的约束；最后通过有限元分析软件HyperWorks的求解器OptiStruct完成计算分析，得到车架在弯曲工况、制动工况、转弯工况等极限工况下的有限元分析，并完成自由模态分析，得到车架的固有频率，以及车架的低阶振型。然后在有限元分析软件HyperWorks的后处理器HyperView中查看车架在各种极限工况下的位移分布图和应力分布图，证明车架设计的正确性
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