随着气候变化、环境污染的加剧,作为汽车节能减排的主要方式,轻量化已经成为世界各国汽车制造商承担社会责任、提高自身竞争力的重要手段。使用铝合金、高强度钢等轻量化材料制备车身是实现汽车轻量化的有效方式。自冲铆接工艺作为一种用于连接两种或两种以上板材的冷连接技术,被越来越广泛地应用于汽车车身轻量化材料的连接。铆接设备的C型框架是主要的承力结构,为了保证工艺过程的可靠性和稳定性,需要提高C型框架的刚度,避免在铆接过程中产生过大的位移和挠曲。此外,为了保证机械臂能够夹持铆枪进行柔性生产,设备不能太重。因此,本文结合形状优化理论和有限元方法,对自冲铆接设备C型框架进行了结构优化设计,并针对自冲摩擦铆焊工艺进行了强化。论文的主要内容如下:1)从形状优化理论出发,基于对问题的合理建模,探索了不同的结构优化方法在自冲铆接设备C型框架结构优化上的应用。应用传统优化方法,提出了均匀化方法拓扑优化和形状优化方法在平面非等厚度结构上的应用。使用惩罚函数将拓扑优化结果约束至所选择的离散厚度,使用拉格朗日法求解形状优化过程中对于外部和内部边界的形状导数。建立优化流程进行了结构优化设计。2)引入挠曲程度作为优化目标函数,基于NSGA-II算法,通过拓扑优化和基于先验知识的结构优化两种方式将遗传算法应用于自冲铆接设备C型框架的优化设计。首先,使用Voronoi图表示平面结构,设计Voronoi锚点的交叉和突变方式,在具有较少先验信息的情况下进行多目标拓扑优化。随后,对C型框架结构特点进行总结和归纳,使用遗传算法针对选取的形状参数进行了优化设计。利用遗传算法多目标优化的特性,两种方法均获得了一系列帕累托前沿上的非劣解,在重量或刚度上各有优势。3)借助Hyper Mesh软件,使用有限元方法对优化结果进行了静力学和动力学仿真,验证优化结果刚度的提升。通过模态分析和瞬态响应分析对优化结果进行了分析比较,发现对C型框架颈部的挖孔能够提高结构振动过程中的凹模和冲头中心点的同轴性。4)结合自冲摩擦铆焊新工艺的特点,使用自由形状优化方法,通过添加加强筋和调整挖孔形状,对优化设计进行扭矩工况下的强化。