结构优化设计是现代研究的热点领域之一，车轮作为整车安全性能中最重要的部件之一，无疑对汽车的安全性和可靠性有着极其重要的影响。本文重点研究车轮的结构优化，采用先进的计算机技术与有限元方法相结合的方法实现车轮的轻量化设计。本文首先综合叙述了车轮轻量化研究背景，指出了车轮轻量化的研究目的和意义，介绍了结构优化设计方法以及我国铝合金车轮的发展历程与现状，结合有限元方法和结构优化方法，总结出了本文所要研究的主要内容及意义。为了更有效的使用有限元方法，本文简要介绍了有限元的发展过程和解题思路，分析了连续体的力学架构、弹性力学理论以及有限元分析的基础理论。结合对结构优化设计原理的了解和对软件的熟悉程度，本课题选用有限元软件ANSYS和ISIGHT进行车轮的结构优化设计研究。建立合理的车轮弯曲实验和径向实验有限元数学模型，采用静态加载有限元分析方法对某型号车轮进行了试验研究，通过对有限元分析结果与真实试验结果的比较，计算出的车轮开裂趋势与试验中车轮的破坏情况相吻合，验证了有限元方法的正确性。在正确分析弯曲实验与径向实验的基础上，应用ISIGHT软件进行车轮结构优化计算。经优化方法的比较，序列二次规划法NLPQL能够更加高效准确地求解车轮优化问题。通过对弯曲试验和径向试验进行优化计算，车轮重量分别减少了5.649%和5.636%。