2.1.2有限元的基本原理

有限元是将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。通过有限元计算方法可将连续的无限自由度问题转变为离散的有限自由度问题。

有限元一般分为弹性力学和平面问题有限元法。弹性力学在处理弹性体问题方面比材料力学更加先进、更加严密、更加精确，但是弹性力学仍然做了一些基本假定。其中包括对分析物体作弹性假定、对分析物体作连续假定、对分析物体作均匀且各向同性假定等。

2.1.3有限元的分析步骤和实现过程

有限元分析一般分为三步：1建立模型；2进行加载和求解；3对结果后处理和结果的查看。

有限元模型的建立分为四步：1指定工作文件名和标题名；2定义其单元类型；3定义其材料属性；4创建有限元模型。

指定工作文件名和标题名是在进入前处理器之前完成。工作文件名就是ANSYS为存储在工作空间中的文件取的名字。

定义单元类型：ANSYS单元库提供了近百种不同的单元。

定义材料属性：ANSYS中的所有分析都需要输入材料属性。

创建有限元模型：ANSYS有两种创建模型的方法，第一种是先创建或导入实体模型，再对实体模型进行网格划分，以生成有限元模型；另一种是直接利用单元和节点生成有限元模型。优先选用第一种。

加载和求和可分为4步：1定义分析类型和设置分析选项；2施加载荷；3设置载荷步选项；4求解。

处理后结果和查看结果：有限元计算完成后，需要查看分析结果。通过后处理器可以查看分析结果。ANSYS后处理器包括两个模块：1通用后处理器POST1；2时间历程后处理器POS26。

2.2有限元软件ANSYS的介绍

ANSYS功能强大、领先于其它软件，它与CAD和CAE等软件具有良好的相连性。ANSYS相对于其它公司的处理软件具有更强大的分析功能以及灵活的网格划分工具，尤其适用于模型较大、形状不一的汽车零件与总成等。ANSYS在结构分析方面是非常著名的软件，其可靠性高在工业界得到了公认。ANSYS是集电场、声场、流体、磁场、结构分析于一体的大型通用软件，而在汽车行业更是被普遍使用。

ANSYS分析软件是由美国ANSYS公司研发的。随着版本的不断更新，其核心技术也不断完善，能与多数CAD软件进行对接，实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。ANSYS有如下几个特点：1是windows程序，按照windows的菜单化窗口进行界面操作；2由一套灵活的、可以扩展的，集成的模块组合而成，能够满足各行业工程上的需要；3不仅可以对线性问题进行分析，其非线性的分析功能也是比较强大的；4是一个综合多物理场藕合分析工具，用户不但可用它进行单独研究，同时还可以对其进行综合性相互影响研究。

2.3赛车车架模型的建立

2.3.1赛车车架结构设计基本要求

每个参加FSAE大学生比赛的赛车的车架都必须根据中国汽车工程学会提供的大赛规则标准而制作赛车，赛事的宗旨是对赛车的安全性、动力性和轻量化做出要求，所以在设计赛车车架时，应注意以下几点：

（1）赛车车架的强度要能满足赛车在比赛时扭转、急转弯、制动等工况的要求，确保赛车不能有局部受力过大的情况，从而保证安全和比赛的顺利进行。

（2）在保证赛车结构符合要求的情况下，尽量减少赛车本身的质量，有效的降低赛车的整备质量。

（3）通过车架模态分析优化，使车架与其他部件以及路面不出现相似的激励频率，以此保证赛车车架不会发生共振，提高安全性。