目前,汽车行业的可持续发展正受到愈发严峻的能源短缺问题的困扰,在此趋势下客车正朝着纯电动的节能环保方向发展,但其商业化推广严重受到续航里程问题的制约。在电池技术短期无法突破的现实困境下,通过轻量化结构设计,来降低客车行驶能耗以提升纯电动大客车续航里程,是促进其推广应用切实有效的途径。为了充分挖掘结构轻量化的潜力,各种先进材料,如高强钢、铝、镁合金、碳纤维等在车身结构中的应用成为主流趋势。然而,目前并没有系统性的多材料车身结构设计方法,主要手段仍为对传统材料的简单替代,无法充分发挥材料的性能。同时,无限制的使用先进材料必然带来车身成本的急剧提升。尽管多材料拓扑优化可以应用于多材料结构设计问题,但目前尚缺乏在客车车身结构设计中的实际应用。另一方面,现有的多材料拓扑优化方法大多以刚度为主要设计目标,忽视了结构强度的要求,由此可能导致结构发生断裂、疲劳、塑性变形等损坏。因而,有必要针对这些问题进行研究。本文的主要工作如下:1.基于序列SIMP方法,构建了体积约束下柔度最小化工程问题的多材料拓扑优化模型,并推导了相关灵敏度。结合数值算例,验证了该方法的有效性。2.在类序列SIMP方法的基础上,提出了按材料序列建立全局应力约束的处理方法,即利用P范数应力修正策略,将局部应力约束按材料聚类为全局应力约束,极大减小了计算规模。接着构建了应力约束下体积最小化以及应力、体积约束下柔度最小化两种工程问题的多材料拓扑优化模型,并推导了相关灵敏度。通过数值算例,验证了所提出方法的有效性。3.建立了完整的纯电动大客车车身骨架的三维几何模型,对其合理简化,构建了车身骨架的板壳单元有限元模型。进行了该型客车的实车车身骨架静态试验,通过对比试验数据与仿真结果,验证了客车车身骨架分析模型的准确性,为后续应用应力约束下多材料拓扑优化方法设计车身结构提供了可靠的基础模型。4.基于客车车身骨架的实际特征,为减小计算成本,构建了纯电动大客车车身骨架梁单元有限元模型,并对其应力水平进行分析。随后基于提出的考虑应力约束的多材料拓扑优化方法,构建了客车车身骨架实际成本、应力约束下的多材料轻量化模型,并对其进行了优化求解。最终获得了清晰简洁的优化结构,其质量降低11.4%,实现了轻量化的目标,结构强度也满足设计要求。综上,本文对应力约束下的多材料拓扑优化方法进行了研究,提出的按材料序列建立全局应力约束的处理方法,使得各材料的许用应力同时满足,缓解了应力集中;将其应用于纯电动大客车车身骨架的轻量化设计中,开发了考虑应力的多材料轻量化求解流程,实现了实际成本与许用应力约束下,纯电动大客车车身骨架的轻量化设计。