减少能源消耗、降低排放污染已成为汽车行业的迫切任务,轻量化是实现汽车节能减排的有效手段。玻璃纤维增强塑料具有轻质高强、比强度高、比模量高和耐腐蚀等优点,是一种重要的轻量化材料。本文以玻纤增强塑料制成的稳定杆连杆为研究对象,对其注塑成型工艺参数、力学性能数值模拟和结构参数优化等进行了研究,主要工作如下:(1)基于流体力学和纤维运动,采用RSC纤维取向模型,通过MOLDFLOW软件对连杆制品注塑工艺中的填充、保压和翘曲过程进行数值模拟。通过正交试验设计,分析了熔体温度、模具温度、注射时间、保压压力和保压时间对体积收缩率和翘曲的影响程度。基于逼近理想解排序法,对影响程度最大的三个工艺参数进行多目标稳健优化,得到最稳健工艺参数组合,使得体积收缩率和翘曲量都最小兼具很强的抗干扰能力,并通过扰动试验验证稳健性;(2)根据基体及纤维的材料物性、质量分数和纤维长径比等特性,基于细观力学均匀化方法,同时考虑纤维分层,通过仿真获得玻纤增强塑料的正交各向异性弹性常数。制作标准试样,根据试样的拉伸弹性常数结果对各向异性材料模型进行修正并推演,最终得到完整的材料模型。采用优化后的最优注塑工艺参数进行模流分析,得到最优工艺参数下的纤维取向张量并将其通过网格节点映射到结构分析的网格中。调用各向异性材料模型计算杆体刚度、球销拉出力、球铰轴向刚度和径向刚度。在刚度试验机上通过试验进行验证,有限元计算结果和试验结果的误差均小于15%,分析方法可靠。与不考虑纤维方向的仿真方法对比,不考虑纤维的预测结果误差更大,进一步体现了考虑纤维方向的有限元计算方法的准确性;(3)该塑料连杆的球销拉出力、球铰轴向刚度和径向刚度不满足某企业要求,因此需要对球铰结构进行改进。根据有限元分析的应力云图结果,选取应力集中部位的四个结构参数,考虑结构的制造可行性确定变量取值范围,采用拉丁超立方采样方法进行试验设计。以高斯函数为基函数,建立球销轴向位移、径向位移和球销拉出力关于四个结构尺寸的径向基函数代理模型,模型精度较高,可以代替有限元分析。采用序列二次规划算法对球铰结构进行优化设计,优化后制品的性能达标,质量减少30%,轻量化效果显著,材料替代方案成功。本文的替代方案为其他汽车零件的材料替代提供参考,同时本文所研究的模流-结构有限元分析方法也为塑料制品的性能分析和优化设计提供理论支撑。