有限元方法是现代工程设计中一种有效、快捷的辅助工具。把有限元方法应用于汽车结构设计中,可以提高汽车静、动态特性和对车身、车架进行优化设计,缩短新车研发周期,节约研发费用,均有重要意义。车架作为汽车底盘及整车的承载基体,承受着来自道路和装载的各种载荷作用。因此,车架结构的性能决定着整车的质量。本论文结合实际工程项目,采用CAD/CAE相关技术,对某越野车车架进行结构有限元分析与优化设计。基于HyperWorks软件,通过几何模型的转换与导入、中面抽取、几何清理、网格划分、单元质量控制等技术,建立了高精度和高质量的车架有限元网格模型。通过拉伸试验,得到了车架有限元分析的材料模型。根据车辆实际受力情况,设置相应的载荷和边界条件,对车架进行了有限元弯曲与扭转刚度分析,分析结果表明该车架刚度满足设计要求,且有轻量化改进空间。其次,对车架进行了模态分析,得到了车架结构的各阶固有频率和振型特性,通过固有频率与振型从整体上考虑车架的动态特性。然后,在车架静、动态分析的基础上,以车架各零部件厚度作为设计变量,以车架轻量化为设计目标,在满足刚度指标和频率要求的情况下,建立车架结构的尺寸优化模型,得到了该车架结构轻量化的设计结果。最后,用OptiStruct软件对该车架进行了结构拓扑优化设计,以车架刚度和振动频率为目标函数,建立了多目标拓扑优化的数学模型。通过优化得到了同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构。理论分析和实际应用表明,该车架设计合理,说明该拓扑优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为车架结构优化设计提供了一种思路。