汽车轻量化是实现节能减排、降低能耗、绿色发展的重要措施之一,是当前全球汽车工业发展的潮流。车架作为车辆中的核心部件,车架质量的减轻对于整个车辆的减重起到了至关重要的作用。汽车车架轻量化的目的是以不降低汽车各项性能为前提,减轻车架质量以降低整车质量,从而减少能耗,同时又不提高汽车的制造成本。本文以某特种车辆的车架结构为研究对象,研究发现初始设计的车架结构重量超过设计要求,需要重新设计。在车架的概念设计阶段引入了拓扑优化设计的方法,基于该特种车辆的车身造型和空间布局,使用Optistruct软件对车架进行了单工况和多工况的拓扑优化设计。根据拓扑优化后车架结构的材料分布,在CATIA软件中设计了满足车辆各总成布置的新车架结构。然后基于车架结构的对称性,对车架上的梁结构进行分组处理,并针对分组后的各组梁结构相对质量的灵敏度进行了分析,从中筛选出了对减重影响较大的梁结构。最后对这些梁结构进行了尺寸优化设计,经过优化后的车架与原车架相比,重量减轻了 119kg,减重比例达到了 22%,车架结构轻量化效果明显。然后,对新车架结构进行了刚强度分析、模态分析、瞬态冲击分析以及与树木的碰撞分析等有限元分析,计算表明拓扑优化设计的车架在多个评价目标方面均具有良好的性能。最后,加工制造出该车架实物,对车架实物进行了试验模态分析和刚度试验,并将试验结果与仿真分析结果进行对比,从而验证了有限元分析的有效性。本文所作工作对车架轻量化设计有着重要的应用价值,为相关企业类似设计提供参考。