在车辆行驶过程中,由于箱体内的燃油晃动引起对箱体和隔板的冲击,导致金属燃油箱破裂。在油箱的传统设计中,多数生产厂家在进行燃油箱设计时仍选用优化—试验—再优化—再试验的设计过程,对燃油箱进行多次优化设计,存在盲目修改油箱结构、设计周期长、生产率低下等问题。针对此类问题提出了一种基于正交试验的设计方法。本文结合有限元法、扫频激振试验、瞬态响应分析试验及疲劳寿命分析法对某燃油箱的设计规划展开分析:1)基于逆向设计对标杆油箱进行实物模型分析、数字化测量、数据处理及三维模型重构得到油箱的CAD模型,将该模型导入Hypermesh软件,利用Optistruct求解器对油箱模型进行模态分析得到其固有频率。并与扫频激振试验的结果分析对比,验证有限元模型的合理性、模态分析的准确性。2)基于正交试验设计理论选取燃油箱的下箱体、隔板和上箱体3个因素,其中下箱体（因素A）取8个水平,隔板（因素B）及上箱体（因素C）各取2个水平,按照L₁₆（8×2²）正交表设计了16种试验方案。通过结合有限元分析得到该结构的固有频率和通过极差分析研究各因素对燃油箱固有频率的影响,从而得到影响金属燃油箱固有频率的主要因素并确定该油箱设计的优选组合方案A₅B₂C₂与A₆B₂C₂。3)通过瞬态分析全面了解该油箱优选组合方案A₅B₂C₂与A₆B₂C₂在车辆行驶过程中某一时刻下位移和应力的分布情况,并根据2组方案在随时间变化的载荷作用下最大受力与最大位移情况,通过结果对比选取A₅B₂C₂为燃油箱设计的最优方案。4)利用nSoft软件疲劳分析模块,结合金属燃油箱材料属性建立S-N曲线,施加振动耐久性试验所要求的疲劳循环载荷,采用Palmgren-Miner线性累积损伤理论对燃油箱进行疲劳寿命计算,进一步验证燃油箱模型最优方案的可行性。结果显示该油箱最小寿命循环次数为55.17万次,已完全超过国标所规定的43.20万次,验证了该燃油箱模型最优方案A₅B₂C₂的可行性。本文在逆向设计的基础上,通过扫频试验对有限元分析结果验证,结合正交试验设计方法找到影响燃油箱的关键因素以及优选方案,利用瞬态响应法和疲劳寿命分析得到燃油箱最优设计方案,可缩短其设计周期,提高其生产效率。