汽车轻量化是汽车降低排放,减小油耗的有效途径之一,轻量化技术也一直是汽车研究的热点。基于某企业提供的仪表板横梁总成模型,在满足其功能特性的基础上,利用CAE技术和近似数学模型的方法对对仪表板横梁总成进行了轻量化设计。同时,论文针对轻量化过程中模态特性的变化,分析了模态敏感度的影响因素,探讨了预应力对模态的影响作用。论文的主要工作分为以下几步。首先,在仪表板横梁总成三维模型的基础上,本文利用网格无关性验证获得合理高效的有限元模型,且模型的模态仿真结果与模态试验的结果误差为1.4%,进一步说明了建立的有限元模型的可靠性,为后文的数值仿真分析奠定了基础。其次,本文以减小模型质量为目标,在满足的仪表板横梁总成转向柱支架刚度、模态特性和碰撞特性的基础上,分别对仪表板横梁的主横梁管,支架构件、焊缝和紧固件进行了轻量化设计。其中,针对支架构件的优化,利用了模态敏感因子来确定各支架轻量化的优先级,并通过拉丁超立方实验获得的样本点建立了克里格近似模型,仿真结果表明近似模型的最优解能够为优化方向提供重要的参考价值。优化后模型的质量减轻了1.510kg,减重质量达到原总成质量9.125kg的16.5%,且有限元仿真结果表明,优化后的模型的刚度、模态和碰撞特性能够基本满足先设要求,证明本文提出的优化方案和方法的合理性。最后,本文分析了在轻量化过程中仪表板横梁总成的模态特性。通过相关性r检测法研究了影响模态因子大小的因素,结果表明靠近仪表板横梁系统质心处,且质量较大的支架构件大概率会具有较大的模态因子;通过对比有限元模型仿真计算和简化模型的理论分析,探究了预应力对仪表板横梁总成模态的影响作用,结果表明预应力或其他内应力对构件模态影响的作用机理可以视为对实际的弹性模量的改变。论文的研究工作围绕仪表板横梁总成的轻量化展开,以工程实际为基础,为车身构件的轻量化研究提供了有效的研究手段,也对轻量化过程中的模态研究做了有益尝试。