随着汽车销量和保有量的增长,给社会也带来了一系列环境问题,因此为了实现汽车与社会的和谐健康发展,我们必须大力发展纯电动汽车。然而,目前专门针对纯电动车,尤其是非承载式下车体的设计研究还不多,大部分都是在传统燃油车身基础上进行改造。因此,开展关于纯电动车下车体的相关设计和优化方法研究十分有必要,并且具有非常重要的实际应用价值。本文首先对非承载式下车体的非线性耐撞性分析方法、多工况拓扑优化方法、响应面模型改进方法和稳健性优化方法进行了一系列系统研究,最后将得到的结构应用到整车进行耐撞性能分析验证。本文研究内容概括如下:(1)纯电动汽车非承载式下车体的多工况拓扑优化研究。为了解决对于汽车碰撞工况下结构非线性问题,本文首先结合惯性释放法和等效静态载荷的思想提出了一种混合法。该方法可以将碰撞工况中包括最大峰值在内的平均碰撞力作为边界条件引入惯性释放法的分析中,然后将该混合法应用于耐撞性拓扑优化。最后将该方法应用于众泰云100的非承载式下车体结构正向概念开发设计,将设计空间划分为不同的分区方案,进行多工况拓扑优化。该优化同时考虑了多种碰撞工况(正碰、侧碰和后碰)、多种静态工况(整体弯曲刚度、整体扭转刚度、制动刚度、加速刚度和转弯刚度),结果表明:本文提出的方法可以实现非线性耐撞性问题的优化分析,各种分区方案得到的材料分布具有很好的一致性,该优化方法对结构的概念开发设计具有很好的指导意义。(2)基于耐撞性的纯电动车吸能结构设计研究。为了得到更加清晰的后舱结构传力路径,将下车体的后舱设计空间单独提取出来,分别采用TOCDM-IRMAESL法和HCA法进行静态和动态拓扑优化。对比两种方法的优化结果发现TOCDM-IRMAESL法得到的结果更加符合实际情况。这是因为等效加载力均匀施加在设计空间后端面,因此形成了类似后保险杠的薄板,而HCA法是直接采用刚性墙进行碰撞,优化的结果只出现四个主要的传力路径。综合这两种方法得到的结果进行工程诠释,可以得到两种不同的后舱线框。为了进一步提高汽车的耐撞性能,本文基于TOCDM-IRMAESL法对前舱吸能结构总成进行了基于耐撞性能的轻量化设计,然后工程诠释成一个全新的前舱吸能结构总成。该方法得到的结构形式既可以同时满足轴向和纵向的刚度要求,又可以获得轴向的最大吸能。(3)基于改进响应面法的纯电动车前舱吸能结构稳健性优化研究。为了使多目标优化问题得到的解具有更高的稳健性,基于径向基函数和多项式响应面开发了一种以残差为输入的改进响应面方法(IRSM-RBF),该方法可以在有限样本点的条件下提高代理模型精度,在此基础上利用NSGA-Ⅱ算法进行多目标稳健优化设计(MORBDO)。将该方法应用于前舱吸能结构总成优化当中,数值研究结果表明:通过一次改进后得到的代理模型精度比传统多项式响应面要高,稳健设计得到的前舱吸能结构总成耐撞性能虽然有所降低,但是该方法不仅使最优解的稳健性更好,还提高了其设计变量和约束函数的稳健性。(4)纯电动车非承载式电池箱体总成的多目标创新设计。为了验证本文提出的一系列优化方法在纯电动车结构的开发设计流程的通用性,以电池箱体总成为例,结合拓扑优化理论和实际工程需要首先通过TOCDM-IRMAESL混合法对电池箱体总成进行概念开发设计,该方法同时兼顾静态、模态和耐撞特性,联合进行拓扑和形貌优化,结果表明该方法可以对多目标并行优化,使优化结果更加符合实际工况性能要求。然后基于此再进入尺寸优化的详细设计阶段,通过相对灵敏度分析提取五个设计变量,并采用IRSM-RBF法通过两次残差插值得到高精度的响应模型,展开了多目标稳健优化设计。结果表明:通过电池箱体总成的开发设计验证了本文提出的相关研究方法可以为工程提供高效、可靠、快速优化设计过程,对整车其余结构件的概念开发具有指导意义。最后还将前后舱的主要吸能结构以及电池箱体总成通过简单的刚性连进行整车耐撞性能验证,结果表明:优化后的纯电动轿车具有良好的正碰和侧碰耐撞性能。