随着中国汽车市场竞争的加剧,对汽车质量优异、造型美观以及经济性好的要求越来越高,其中车身研发水平是衡量汽车设计水平的关键指标,而概念设计阶段占据车身开发的大部分成本和时间,概念设计阶段的车身开发在整车开发中占据重要作用。针对铝合金车身概念开发及优化研究,本文完成了原车型车身简化模型的创建和性能分析、铝合金车身简化模型的材料替换和创建、铝合金车身简化模型的尺寸优化以及车身截面形状的多目标优化等工作,本文的主要工作如下:(1)针对概念设计阶段设计工作盲目性较大的问题,本文根据原车型相关数据构建了合理、易于修改的车身简化模型,以减少车身设计周期和成本。对比分析车身线框模型的构建方法、梁单元的简化方法以及接头的简化方法。根据原车型的相关数据,构建了基于车身关键节点的线框模型,建立了车身梁截面数据库和车身接头数据库,最终构建基于真实接头和实际截面的车身简化模型。此模型适用于相似车型车身的概念开发,为后续设计提供模型分析及数据参考。(2)根据创建的车身简化模型,对简化模型进行刚度分析。简化模型与详细有限元模型的性能误差在10%以内,验证了简化模型的准确性和合理性。根据等刚度材料替换公式,对车身简化模型进行了等刚度铝合金材料替换,得到使用铝合金材料的车身零部件的初始厚度。由于使用公式替换的厚度变量较多,导致产生的累计误差较大,得到模型的刚度比原材料降低20%左右,因此需对初始厚度进行参数优化以消除误差。以原材料模型刚度为约束和目标,得到优化后的厚度值,从而建立与原材料等刚度的铝合金车身简化模型。(3)对铝合金车身简化模型进行灵敏度分析,选取设计变量,通过相对灵敏度分析,对车身性能参数与厚度之间的关系有了定性的判断。使用尺寸优化的方法对车身简化模型进行了优化分析,得到满足刚度要求且质量最小的厚度取值。根据截面形状和厚度即可得到梁部件的截面特性参数,为后续生成和优化截面形状提供参考。(4)针对概念设计阶段截面形状优化灵活性、效率较低的问题,本文通过应用改进粒子群算法对车身梁截面形状进行了多目标优化。改进了算法的惯性权重,并将拥挤距离机制应用于算法全局最优解的选择中,使得算法有了更好的全局性搜索以及较快的收敛速度。不同于以往截面优化的方法,本文通过控制构成截面的节点坐标对截面形状进行优化,提高截面设计的灵活性。为了避免使用近似模型产生的误差影响,本文推导了截面特性参数与构成梁截面节点坐标之间的函数关系。将其中截面面积,对x轴惯性矩、对y轴惯性矩和惯性积四个参数作为优化目标,使用折衷规划法将其中对x轴惯性矩、对y轴惯性矩和惯性积三个子目标归一化成一个目标函数,以消除响应值数量级不同造成的影响。并基于层次分析法赋予目标函数合理的权重数值,从而综合考虑各因素之间的相对重要程度,进而将上述四个目标转换为两个目标的优化问题。最终通过改进粒子群多目标算法得到优化模型的非劣解集,可以找到符合设计者需要的非劣解,通过算例验证了该方法的有效性。