随着当代经济的迅猛发展,汽车行业的竞争变得日趋激烈,世界各大汽车公司为了节约成本,提高产品研发效率缩短研发周期,纷纷运用一些先进的设计手段。伴随着有限元技术的不断完善和计算机的不断发展,有限元法在汽车产品研发中占的比重越来越大,得到了更广泛的应用。对于大多数轿车而言,一般均是采用承载式车身,很少存在车架,但由于一些特殊的需要,仍有小部分轿车是通过车架承受外部载荷。汽车的车架作为汽车的主要承载部件,除了承受着汽车的大部分质量外,还受到了如发动机激励和路面激励等外界激励的不断冲击,这样一个合理的车架结构就显得十分重要和关键。车架应具有足够的刚度、强度、使用寿命和安全可靠性,这些都是现今车架设计所考虑的方面。本文首先对有限元方法和所使用的有限元软件Hyperworks进行了介绍,为后续车架结构的模态分析和结构优化做了理论铺垫；其次,对已有的某轿车车架的三维几何模型进行了合理的局部结构简化,将对车架结构影响不大的部件省略,圆角简化为直角等；并通过有限元软件Hypermesh进行车架的有限元建模,对整个有限元建模过程进行了分析研究,通过Radioss模块对车架进行了自由模态分析,得到了车架的前六阶固有频率和振型；然后,在此车架有限元模型的基础上,对车架附加了质量载荷,并模拟了弹簧约束,通过Radioss模块对车架进行了约束模态分析,得到了车架的前六阶模态。车架有限元模型建立后,为保证有限元模型建立的准确性,对车架进行了试验模态分析,通过LMS测试软件对车架56个位置进行测量,测得了相关试验数据,并通过后续试验数据的处理,进行了模态参数识别,最终得到了车架的六阶模态。将约束模态分析的结果与试验模态分析的结果进行比较,其相对误差在允许的范围内,说明所建立的有限元模型是准确的。最后,应用OPTISTRUCT模块对车架进行了优化分析,由于车架一阶垂直弯曲频率27.3Hz与发动机怠速工况下的激励频率26.9Hz相近,为了避免车架产生共振,影响使用寿命和安全性,需要对车架进行合理优化。本文以车架一阶垂直弯曲频率为目标函数,以车架横梁和纵梁厚度为设计变量进行尺寸优化,并分为四个优化方案进行讨论,最终使一阶垂直弯曲频率提高到28.7Hz,有效的避开了车架产生共振的频率。本文对车架进行了模态分析,并通过试验对有限元模型进行了修改,所建立起的“模态分析—试验验证—模型修改—结构优化”这一过程可以运用于其他车型的研究中,同时也为车架的结构优化提供了一种参考方法。