王渊琳，刘宁宁，黄碧雄，王知博，蔡昊睿

（201620 上海市 上海工程技术大学）

0 引言

由中国汽车工程学会主办的中国大学生方程式汽车大赛（Formula Student China,FSC）自2010 年以来已经举办了9 届，大赛要求参赛队伍需按照赛事规则和赛车制造标准，在规定时间内设计和制造出在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座赛车，并能够完成全部或部分赛事环节[1]。

在赛车领域，空气动力学有着广泛应用。在高速避障、8 字绕环和耐久赛的项目中，好的空气动力学套件可帮助整车在过弯行驶时获得更好的稳定性。空气动力学套件的主要目的是为低速时的赛车产生更多下压力，提高弯道极限[2]。从提高赛车性能出发，利用静力学知识以及有限元分析对于空气动力套件的支架结构进行优化设计，对于空套和整车都具有重要意义。本文参考吴超[3]等对大学生方程式赛车空套部分的研究基础，完成空套分析并优化目前的天鹅颈支架结构，轻量化的同时提高赛车性能。

本文基于Star-CCM+分析软件对于整车动力学模型进行有限元仿真分析，利用CATIA 建模软件基于空气动力学套件模型来进行天鹅颈支架的建模工作；利用Altair HyperWorks 对支架进行有限元分析拓扑优化，使其达到轻量化的目标[4-5]；利用Star-CCM+可以得到尾翼下压力理论值，并由此可以得到拓扑优化时附加的工况条件[6]；利用CATIA 和Altair HyperWorks Solidthinking 得 到满足工况的最终支架。因此，本文是通过已有动力学模型来得到下压力，并使用拓扑优化实现局部零件轻量化。……