客车的主要承载结构是车身骨架，其骨架结构性能的好坏直接关系到车身的寿命和整车性能；同时车身骨架质量占客车整车整备质量的四分之一左右，在保证刚度和强度的前提下，改进骨架结构、减轻车身骨架的重量对整车性能的提高有着重要的意义。 本文结合燃料电池大客车项目，首先根据企业提供的图纸应用CAE软件建立了大客车车身骨架三维几何模型和有限元计算模型，通过车身扭转刚度试验验证了有限元模型的可信性。对该车身骨架进行了几种典型工况下的有限元分析，求得了不同工况下车身骨架的整体应力分布及变形情况，找出了车身骨架高应力部位，并提出了相应的改进建议，为企业的产品设计提供可靠的参考数据。 针对车身骨架静态分析时表现出的整体应力水平相对较低，车身材料富余的情况，对车身整体骨架模型进行了低阶模态频率优化、弯曲工况、一轮悬空工况优化和台架扭转刚度优化计算分析，并对各工况优化结果进行了综合分析。最终得到的车身骨架，在满足强度和刚度要求的前提下与原结构相比，质量减少约10.1％，取得了较好的轻量化效果。 顶置氢瓶燃料电池大客车对顶盖总成结构提出了更高的要求，为改善项盖整体性能，本文根据拓扑优化理论，对车身顶盖进行了多工况拓扑优化分析。根据拓扑优化结果并参考原顶盖骨架结构，在考虑工艺可实现性的情况下确定了新设计顶盖骨架结构的布局方案并使用截面尺寸优化方法确定了新设计顶盖骨架结构杆件的具体截面尺寸，而后分析了改进后顶盖骨架结构的静态强度、刚度特性及顶盖改进后车身骨架的低阶弹性模态性能。计算结果表明顶盖骨架结构改进后，车身顶盖骨架结构的大部分特性参数指标均有不同程度的提高，同时顶盖骨架质量减轻214Kg。 本文的研究成果不仅可以为企业的产品设计、改造和优化提供实际的参考和指导，解决企业的实际问题，更重要的是说明了如何利用尺寸优化和拓扑优化方法对燃料电池大客车车身骨架进行轻量化设计，同时对其它产品轻量化设计提供了有价值的参考，具有良好的经济价值和社会效益。