大学生方程式赛车是一项全球性的大学生汽车竞赛，旨在促进青年学生在汽车设计、制造和比赛组织方面的技能和创新能力。在这个竞赛中，车辆重量和燃料效率是关键指标之一。

项目介绍

大学生方程式汽车大赛每年在英国一级方程式银石赛道上举办，吸引了来自世界38个国家和地区的178支报名队伍参加激烈比拼。比赛考验着参赛队伍在技术、工程、设计和制造等方面的高超技艺，并展示了商业车赛的新发展方向及整个行业面临的挑战和需求。为了设计高速先进的赛车，降低重量是至关重要的。因为越轻的车辆，其加速和操控性能会更好，同时也能提高燃油效率。

挑战

DUEM参赛团队在该项目中面临着优化立柱设计的挑战。为了提高车辆效率和速度，他们需要考虑多种荷载工况，并通过新的轻量化技术来减少立柱重量。然而，这是一项非常复杂的任务，需要同时考虑车辆安全、刚度和有效组装等方面，以确保悬挂系统正常运作。

传统的迭代设计方法可能会很耗时，因为在每次迭代中都要去除低应力部分。原始组件的设计可能需要数周时间，但最终的解决方案可能仍未达到预期的结构效率。因此，DUEM团队需要采用创新性的设计思路和现代化的优化工具来克服这些挑战，并实现优化立柱设计的目标。

解决方案

Altair OptiStruct是一种基于有限元分析（FEA）的优化软件，可用于设计轻量化结构和提高燃料效率。通过对车辆结构进行仿真和优化，可以减少车辆重量并提高燃料效率，从而提高车辆性能和竞争力。

在大学生方程式赛车中，许多参赛队伍已经开始使用Altair OptiStruct来进行结构优化。通过使用该软件，他们可以有效地优化车身、悬挂系统、发动机舱和其他部件的结构，使得车辆更加轻量化并且满足比赛规定的安全要求。

除了结构优化，Altair OptiStruct还可以帮助参赛队伍优化车辆的燃料效率。通过优化车辆的空气动力学特性和动力系统，可以减少燃料消耗并提高速度和加速度。

DUEM团队的解决方案是利用Altair HyperWorks仿真软件中的OptiStruct工具来优化立柱设计。作为现有用户，他们认识到OptiStruct可以在设计流程早期应用拓扑优化方法，预测出更佳的结构形态，以提高设计性能和缩短设计周期。

OptiStruct采用先进的优化算法，在设计过程中可以处理千种设计变量，以解决复杂的优化难题。DUEM团队将设计区域导入OptiStruct并进行了网格划分，施加了多种荷载工况如颠簸、过弯、制动等，并考虑到制造约束以确保最终设计结果可行且合理。这种综合考虑设计、制造和使用阶段的策略，为优化立柱设计提供了有效的解决方案。

OptiStruct工具的应用显著缩短了CAE-CAD迭代的设计周期，并实现了优化设计。该工具提供的优化解决方案可以在单次分析中考虑多种荷载情形，大大提高了效率。

通过四面体网格算法，OptiStruct可以快速完成网格划分，避免了全方面彻底且耗时的过程。构件质量检验工具易于使用，可确保结果的有效性。边缘检验器还可验证拓扑结果中是否存在内部空洞。

制造约束非常简单易用，使得OptiStruct所产生的结果仅需要一台3轴铣床便可加工制造，提高了成本效益。

设计结果易于解释，通过构件密度绘图工具可以清晰掌握当前情况，并找出设计的改进之处。这为DUEM团队提供了大量有用信息，对他们的立柱设计给予了极大的帮助。
  

DUEM已经选择Altair作为战略合作伙伴，帮助他们实施仿真驱动设计流程。他们希望通过分别使用MotionSolve和针对多体动力学(MBD)的新型虚拟风洞（Virtual Wind Tunnel）等Altair工具以及外部车辆空气动力学研究来扩展仿真的使用范围。

Altair为这支大学生方程式车队提供了HyperWorks平台赞助，从而可以大幅改进他们的设计和装配过程。

在Altair的帮助下，学生们有机会与汽车和赛车行业领头企业体验同样的技术，并且通过亲身实践对真实世界中的工程学领域有了更深入的了解。