考虑到汽车工业急切的轻量化要求,碳纤维复合材料以其高比强度、高比刚度而受到越来越多的关注。后纵臂是汽车底盘的主要结构之一,采用碳纤维复合材料设计可以有效地减重。然而碳纤维复合材料的应用也给其优化设计过程带来了很大的挑战,如复杂的多工况和大量的设计变量等。本文采用碳纤维/环氧树脂复合材料,对某新能源汽车的底盘后纵臂零件进行轻量化设计。首先对碳纤维后纵臂进行了选材,并测定了选定的T700碳纤维/环氧树脂的力学性能。其后对金属后纵臂模型改形,以经典的层合板理论为基础,通过试错法对离散变量的组合优化,利用有限元分析方法获得了优化的后纵臂铺层设计,其中失效分析采用Tsai-Wu张量强度准则。在保证刚度和强度不降低的前提下,碳纤维纵臂比原金属件减重30%。证明应用专家经验初步设计并结合有限元分析的方法,碳纤维后纵臂设计可取得较好的效果,为新能源汽车底盘主承力结构件采用先进复合材料进行轻量化设计与研究提供了有益的参考。然后,通过利用Python语言对ABAQUS二次开发,针对各角度铺层占比这个变量进行全局遍历,通过搜索全局得出其有效解与最优解。最后,为了解决多工况计算量大、运算时间长的问题,将基于树的算法中的XGBoost、Dart、随机森林这三种算法引入到各铺层角度占比设计的计算中,同时平衡计算量和计算准确率两者关系,分别在新工况计算量为0条和10条的情况下,Tsai-Wu因子的预测准确率可以达到96.3%和98.3%(与失效值1相比)。若将已有工况数据量减少一半,同时提高新工况计算量到40条,准确率可以达到95.0%(与失效值1相比)。