以形貌优化技术为核心,在改变结构形貌并提高结构刚度和强度的情况下,实现汽车轻量化。目前,借助商业有限元软件的形貌优化设计已经在汽车薄壁件的改进设计中得到了很多的应用,但是现有的形貌优化算法均只针对线性分析,仍存在较多的问题。本文提出了三种优化方法,以壳单元理论为基础,基于单元参考面偏置算法,通过数值优化与元胞自动机进行耦合,建立单元参考面偏置的混合元胞自动机结构优化系统,通过元胞更新及参数演化,得到最佳形貌优化结构。提出适用于瞬态冲击问题的铝合金型材结构优化方法,可用于开发新型铝合金车身结构件,在减轻重量的同时满足安全性设计要求,提高铝合金结构件的性能。该耦合方法是数值优化与单元偏置算法的结合,通过LS-DYNA中OFFSET关键字控制单元偏置距离的实现;提出元胞自动机与单元偏置算法的耦合方法,主要用于形貌优化,该方法基于元胞自动机建立单元偏置数学模型,通过编写MATLAB程序,实现结构的自动演化;以元胞自动机为基础,将单元偏置及材料的删减相结合,同时实现拓扑优化和形貌优化,结果表明采用该方法优化后的结果既实现了轻量化,又增强了结构刚度。通过三种方法优化结果与原始模型对比表明,采用本文提出的优化设计方法能够有效地提高结构的性能,三种优化方法都具有可行性。