汽车作为现代生活与工作中的代步工具,在给人们带来巨大便利的同时,也带来了空气污染问题和交通安全问题。为此,对汽车性价比、节能减排、舒适安全等的需求已成为社会关注的焦点,而汽车轻量化设计是满足市场需求的重要举措。车门作为汽车重要组成部分,其结构性能直接影响整车的舒适性和安全性,其轻量化设计对于汽车更新换代和节能减排都具有重要意义。本文以轿车车门为研究对象,采用逆向工程技术建立了车门结构的三维模型,采用有限元技术围绕车门的刚度和模态的要求,对车门进行多目标优化设计,并对优化后的结果进行了安全校核。论文的主要研究工作如下:第一部分,基于逆向工程的车门模型重构。首先采用三维激光扫描仪,迅速采集了车门结构的点云数据;然后对点云数据进行了预处理,包括:点云去噪声处理、数据简化处理以及数据配准处理;最后在逆向软件Geomagic Design X中,结合正逆向建模的方法,快速高效地重构出含有复杂曲面的车门CAD模型。第二部分,车门刚度和模态的有限元分析。首先对车门CAD模型进行前处理,以得到高质量的有限元模型。然后建立了五种刚度分析工况,对车门结构的刚度等进行评价;并建立自由模态分析工况,对车门的固有频率进行了评价。最后,将各个性能指标与车企评价标准相对比,结果显示,以上分析均满足车门设计标准。其中,内板带线工况和下扭转工况的最大变形量分别为0.49mm和2.95mm,二者盈余量较大,具有可观的优化空间。第三部分,基于多目标优化的车门优化设计。首先在HyperStudy平台上,采用拉丁超立方和哈默斯雷采样方法对车门模型建立了两种试验设计,并使用Kriging近似模型对比分析了该两种方法的拟合精度,结果显示哈默斯雷采样的误差较小,并作为本设计的最终采样方案。然后,以主要零件的料厚作为设计变量,根据拟合响应图设定约束条件,并将车门质量最轻作为目标函数,使用序列二次规划算法(SQP)进行多目标优化设计。经过八次迭代得到优化设计的结果,车门结构的重量从21.896kg降至21.010kg,共减重4.05%,初步实现了轻量化的目标。第四部分,基于车门刚性柱碰撞试验的安全校核。首先根据GB15743-1995轿车侧门强度标准,建立了车门侧面刚性柱碰撞仿真模型,并在非线性求解器LS-DYNA中计算求解;然后,以碰撞能量曲线和载荷位移曲线为检验指标,对车门结构的安全性进行评价;结果显示,车门结构的初始耐挤压力和中间耐挤压力均达到强度标准的要求,满足安全性指标,证明了该车门优化设计的可靠性。