在传统设计中,动刚度、疲劳强度等振动响应性能一般作为设计后期校核指标。事实上,结构基本形式确定以后,其性能可优化空间十分有限,尤其是应用弹性模量及屈服强度较低的轻质铝合金进行轻量化设计时,其振动响应性能在设计后期的提升一般以结构重量增加为代价,且不一定有良好的提升效果。因此,在设计前期,除了静态性能要求,有必要考虑振动响应性能要求进行拓扑优化设计,为后期振动响应性能及轻量化效果的提升奠定良好的结构基础。本文考虑简谐振动响应性能进行拓扑优化设计,重点研究其精度、效率以及较高频率激励下拓扑优化结果不合理等问题;同时,研究拓扑优化问题的多目标规划方法,在已有正向设计体系上结合简谐响应拓扑优化技术进行铝合金副车架开发。(1)针对简谐响应拓扑优化的精度、效率问题,对比模态加速度法与模态位移法的效率及精度,选择模态加速度法进行优化问题的响应分析,基于Optistruct的SIMP材料插值模型和梯度寻优算法,以简单结构为对象进行优化设计,并与以模态频率或静刚度为目标的间接优化方案进行对比,突出该优化技术的优势。(2)重点研究高频简谐激励下拓扑优化结果不清晰、刚度差的问题成因,在已有研究基础上提出以体积分数和低频振动位移响应幅值为约束、以高频振动位移响应幅值最小化为目标的改进思路,并应用于频段简谐激励下的拓扑优化问题,为考虑较高频率振动响应性能进行正向设计奠定基础。(3)基于折衷规划法进行多目标拓扑优化,研究子目标权重对优化结果的影响,利用层次—变异系数复合赋权法代替经验赋权法,基于Excel函数库和VBA程序开发功能创建Excel权重计算模块,实现权重计算的程序化。(4)基于上述研究,考虑副车架极限承载及关键位置振动响应能力,以车身安装点动态刚度、典型工况静强度及轻量化要求为设计目标,对标某款宝马轿车铝合金副车架,建立副车架拓扑优化设计流程,完成铝合金副车架正向设计及性能分析,结果表明,正向设计的副车架基本性能满足设计要求,且动态刚度与对标产品相当,重量减轻3%,为简谐响应拓扑优化方法的工程可行性提供实践例证,也为应用铝合金实现汽车轻量化提供设计参考。