随着汽车电动化时代的到来,轻量化、高强度的汽车零部件的开发一直是工程师们的研究方向。有限元分析作为一种高效的分析方法,在汽车零部件的开发领域一直有着较为广泛的使用。形貌优化作为较为成熟的优化设计方法,也一直被用来指导汽车零部件的开发与设计。控制臂作为汽车悬架系统中较为关键的结构件,其性能、可靠性能特别是疲劳性能的提升改进一直是汽车工程师们持续研究的方向。本论文以企业的实际产品优化改进项目为依托,以某款汽车控制臂为研究对象,对其开展了以下研究工作:对控制臂进行了台架刚度、强度试验,测试了其球铰安装点处X、Y向的刚度和Y向的拉伸/压缩屈服强度。建立了控制臂的三维数模,对其划分了网格并建立了有限元模型,利用有限元分析软件计算出了其刚度、强度和典型极限工况下的应力以及前六阶约束模态,对其进行了性能评价。将台架试验的测试结果与有限元计算结果进行对比,验证了有限元分析方法在控制臂性能计算分析中的准确性。研究了控制臂的疲劳特性,基于应变分析法计算了控制臂的疲劳性能。对控制臂载荷谱进行了雨流计数、伪损伤等分析。基于峰谷抽取法对载荷谱中的小载荷进行了识别并删除,得到了控制臂的加速疲劳载荷谱,将载荷谱时间长度缩减了26%。随后使用加速载荷谱对控制臂进行了疲劳的分析验证,并进行了台架试验,验证了与分析的一致性,并复现了路试的断裂结果。通过加速载荷谱的编制,缩短了疲劳试验时间。研究了控制臂的多目标形貌优化,采用基于线性加权的多目标形貌优化优化方法,基于层次分析法确定了多个优化子目标的权重,建立了多目标优化函数。随后分别计算了控制臂单目标和多目标条件下的优化结果。根据优化结果的优化演变趋势,对控制臂进行了重新建模并布置加强筋,实现了控制臂的形貌优化。与原始版设计对比,球铰安装点处X向和Y向刚度较原始版控制臂分别提升了4.7%和41.8%,X+/-向和Y+向的极限屈服强度分别提升了23.8%、5.6%和4.4%。成功采用形貌优化的方式实现了控制臂的性能提升,且其依然满足设计要求。