近年来,资源问题、环境形势日益严峻,而汽车作为与这两个问题密切相关的影响要素,节能减排是汽车行业责无旁贷的重任。而对汽车进行轻量化研究是节能减排的一个重要途径,因此汽车轻量化俨然成为汽车行业一个十分重要的研究内容。现如今,对汽车进行轻量化研究主要有优化汽车零部件的结构、使用新型材料和采取新的制造工艺三大手段。从当前情况来看,优化汽车零部件的结构以及使用新型轻质材料是应用最广、效果最显著的方法。本文将从这两条轻量化途径入手,综合考虑强度、刚度、装配成型工艺、成本以及疲劳寿命等多方面因素,应用拓扑优化、材料替换等方法技术,对某车型备胎仓进行了轻量化设计研究。本文首先运用Hypermesh有限元分析软件建立原钢制备胎仓的有限元模型,并根据实际约束及受载情况进行边界约束及载荷施加,并对原始钢制备胎仓进行有限元静力分析,了解备胎仓应力分布及变形情况,并因此分析结构的承载能力,为之后的轻量化设计研究提供参考依据。根据轻量化的主要途径,本文采用拓扑优化以及材料替换两种轻量化设计方案。前者基于有限元变密度法,利用Hypermesh软件中的Optistruct模块对原钢制备胎仓进行拓扑优化,对优化后的结构进行有限元静力分析,通过对比有限元计算结果,在满足强度及刚度条件下,优化后相比优化前减重6.6%,达到轻量化目的。后者通过应用新型塑料复合材料PP+LGF,对备胎仓重新设计并改进。通过有限元静力分析,结果表明,改进后的PP+LGF备胎仓最大应力显著降低,并相比原备胎仓减重55.7%,轻量化效果显著。通过对比拓扑优化以及材料替换两种轻量化方案有限元分析结果、材料特性以及成本等。拓扑优化轻量化效果不明显,且增加了工序成本。而通过替换PP+LGF塑料复合材料,不仅减少工序成本,模具费用也大大降低。且轻量化效果显著,减重达55.7%。因此综合考虑选择材料替换的轻量化方案。最后,将替换材料后的PP+LGF备胎仓与原钢制备胎仓进行疲劳寿命分析,对比分析结果,PP+LGF塑料备胎仓单元节点最大损伤度显著减小,其疲劳性能得到了显著的改善。之后将PP+LGF备胎仓装车进行道路耐久性试验,未发生变形、固定点松动、开裂、疲劳等情况。进一步验证了材料替换的轻量化设计方案的合理及有效。产品性能可靠,并实现了备胎仓的轻量化设计。文中研究成果为汽车备胎仓以及其他零部件部件轻量化设计研发提供技术参考和借鉴。