最近的底特律大奖赛充满了你在印地赛车系列赛中所能期待的那种肾上腺素驱动的兴奋，伴随着激烈的超车和高速追逐。然而，一名车手却被提醒这项运动有多么危险。当菲利克斯·罗森奎斯特准备在第6号弯道转弯时，他的赛车失去了牵引力，撞到了轮胎衬里的混凝土护栏上，幸好没有受到任何重大伤害。看看下面的视频吧。警告你一下，这可不是件容易的事。

设计赛车包括一系列计算机辅助工程（CAE）任务，包括零件和全车辆的啮合，组件的有限元分析（FEA），碰撞试验模拟，优化和用于阻力分析的计算流体动力学（CFD）。结果，车辆的每个单一部分都是设计和优化的，然后通过碰撞测试和空气动力学性能模拟验证。该验证过程旨在在物理原型甚至考虑的物理原型之前满足FédérationInternationale de L'Automobile（FIA）的严格测试要求。

找到平衡
虽然速度和技能最终最终赢得比赛，但确保驾驶员的安全是必要的，创造了一层工程师必须考虑的复杂性。赛车设计的圣杯是一个强壮的和轻的。这确保了汽车的性能在同时确保驾驶员的安全性。

使用创新材料代表重量和强度方程中的显着变量。选项包括高强度钢，不锈钢，铝合金和复合结构。复合材料，虽然极强轻巧，但引入了CAE分析的高度复杂性，特别是对于碰撞模拟。必须使用不同的形状和类型的复合材料（编织，单向）。随着物理现象非常复杂的，行为难以预测。需要大量的数据来执行分析，并且需要专门的专业知识和软件。

Dallara Automobili是一家意大利底盘制造商，以安全为设计。在潜在的致命崩溃到公司的设计创新之后，几个着名的司机已经开始归因于他们的生存。虽然速度在赛车中总是至关重要的速度，但该公司致力于推动可以从工程角度来保护的界限以保护驱动程序。他们使用牵牛星HyperWorks™，全面的开放式架构CAE软件，包含预处理工具，多种物理求解器和优化能力。

HyperWorks包括一个量身定制的环境，以有效地协助碰撞和安全工程师在模型构建，从CAD几何图形和完成一个可运行的求解器甲板Altair Radioss™。从虚拟定位和座椅机制到安全带路由，它提供了一端对端分析工作流程，可根据不同的规定简化影响模拟的设置。

达拉拉被授予与“幸存手机”提供Indycar团队的合同，是一个称为Indycar安全细胞的核心滚动底盘。作为其研发过程的一部分，达拉拉侧重于结构分析。调查压力下材料的行为允许工程师模拟任何数量不同的金属，塑料和车辆部件的复合结构的性能。

利用HyperWorks的强大功能，有效地利用有限元分析(FEA)和优化方法进行权衡研究，找到最优的结构布局配置，选择材料，最重要的是，提高车辆的安全性。

测试准备
总赛车包必须符合INDYCAR规则和规定。电脑仿真与室内和轨道测试相结合，有助于达拉拉符合系列的同源测试。

由于安全性至关重要，Dallara使用Radioss，Altair的非线性和线性求解器执行计算机崩溃模拟，用于模拟碰撞和影响研究中的动态载荷。例如，对于幸存者，例如，Dallara必须证明在鼻箱上施加四吨载荷后，没有任何突破。

在此过程中，工程师使用Radioss运行多个评估。当他们对结果感到满意时，他们将在公司工厂进行物理测试。然后，工程师访问意大利米兰的测试中心进行正面测试崩溃。他们用虚拟司机崩溃幸存者单元，试图复制赛道上可能发生的事情。幸存者细胞不能失败。在正面测试中，鼻盒必须从碰撞中消散能量。

Dallara对车辆其他部件重复模拟物理测试过程。例如，工程师进行后冲击结构的推迟测试，其中结构必须没有故障或结构与存活细胞之间的任何附着;后轮碰撞试验，其中后轮轴线的结构必须没有损坏;侧面冲击结构的推迟测试，其中结构必须没有故障或结构与存活细胞之间的任何附着;和侧面碰撞测试，其中距离单胶片并没有损坏安全带和灭火器的任何附着。

另一个重要的测试在卷箍上进行，一种钢制造结构，当汽车从后方或侧面击中时，可以保护滚动情况下的滚动司机。工程师将12吨力施加到箍的顶部。在箍下方100 mm的平面中必须没有结构失败。

Dallara还进行了一个测试，其中它在驾驶员面前在底盘的前面积上施加七吨力 - 预测一辆汽车可能降落在另一辆车的场景。Indycar不需要该测试，但由于达拉拉努力建造最安全的汽车，它认为这是一个重要的测试。

在完成所有测试后，工程师将额外的安全特征施加到单胶片的两侧 - 由多层组成的Zylon复合板。这种优化的弹道材料在众多场合节省了赛车司机的生活。

复合材料的复杂性
IndyCar车身重178磅。它是一个碳复合结构与铝蜂窝芯。侧板是用钢制造的，有两个铝cnc加工的踏板和仪表板舱壁。油箱也是由碳复合材料组成的。

复合材料提供高性能，因此设计人员始终调查零件的新形状，并定义如何将不同的材料放在一起。目标是减轻重量，因为复合材料的重量小于铝或钢，但经常吸收类似的能量。

与复合材料相关联的物理现象是复杂的，并且已经有很多数据执行分析。使用金属，材料性质是各向同性的，所以主设计变量是形状。利用复合材料，通过定向不同的纤维方向的堆叠帘布层可以改变方向刚度以产生可以定制的层压结构以满足结构的每个部分的要求。因此，Dallara与关键原料市场供应商合作，以了解新的碳纤维增强聚合物（CFRP）材料开发以及Altair等软件开发人员，以帮助实际上确定结构的最佳层压性配置和尺寸方向。

Dallara建立了分析碳底盘结构的多步过程，例如INDYCAR。第1阶段涉及模型准备。在第2阶段，工程师定义了用于分析和优化的材料，边界条件和变量（参见通过模拟驾驶设计）。结果可视化和分析在阶段3和4中进行。所有这些步骤都在HyperWorks内实现。

在评估模型中，Dallara在层压板中检查每种帘布层的材料反应。使用来自许多实验测试的材料数据;达拉拉在过去几年中一直在合适的是，开发材料模型和新的软件功能，以满足特定要求。

CFRP材料的动态分析是多刻的，涉及选择失效标准，以确定损伤机制，如分层和开裂，失败繁殖，惯性现象，不稳定性，能量吸收和应变率效应。Radioss为工程师提供了一个很好的环境，可以改变材料参数和故障理论，以查找匹配可用测试数据的材料模型。一旦定义和验证了这些模型，可以可靠地对仿真进行可靠地进行易于测试的条件。

通过所有这一点，仿真软件允许工程师和设计师生产高性能和安全的车辆，以承受比赛的艰苦力量或更糟的崩溃。事故确实发生了，特别是在像底特律的大奖赛这样的高风险运动中。通过广泛的动态负载分析和设计优化功能，Altair的解决方案确保了驾驶员的安全性，同时留在性能的最前沿。