曲轴作为内燃机中最重要、载荷最大的零件之一，其设计的好坏不仅直接决定了内燃机的整体尺寸和重量，而且在很大程度上也决定了内燃机的可靠性和寿命。曲轴的设计往往涉及到热力学、系统动力学、流体力学等多个学科，多学科之间互相交叉耦合，具有明显的多学科特点。本文在对曲轴进行有限元分析的基础上，以多学科设计优化理论为背景，对其在内燃机曲轴上的应用进行了研究。曲轴与连杆、活塞组成曲柄连杆机构，从而将活塞连杆组传来的气体作用力转化为曲轴的旋转力矩并向外输出动力。对曲轴的分析不仅需要考虑缸内气体作用力、往复惯性力和旋转惯性力的作用，同时对曲轴所受的连杆推力、主轴承支撑力、所受扭矩的影响也应考虑在内。由于曲轴结构的特点，往往存在局部应力集中的现象。本文首先对多学科设计优化的内容和方法进行了详细介绍，提出了现有多学科设计优化方法存在的缺点和未来的发展方向。然后结合实际工况在Ansys平台下对曲轴实现了仿真分析，同时为了寻找试验所需的样本点，进行了试验设计，通过回归分析，得到了曲轴结构参数和最大应力之间的回归方程，并探讨了两者之间的函数关系。最后根据曲轴的实际工况建立了多学科设计优化的数学模型，在Isight平台下，选用合适的优化方法寻找满足条件的最优解。