汽车产品的普及,加剧了能源紧张与环境污染的问题,产品轻量化仍然是缓解这一问题的主要途径。在车身的制造和使用过程中存在着许多不确定性因素,如制造精度、材料特性以及环境条件等,如果在轻量化设计的过程中,忽略了这些因素,将无法保障产品的质量水平,致使轻量化方案缺乏可靠性,从而丧失实际工程可行性。稳健性优化设计方法在轻量化技术上的应用,为产品的质量改善与轻量化技术的推进提供了很好的机会。另外,“疲劳耐久性能”作为产品质量的另一重要表征,对汽车产品的品质和声誉有着重要的影响,如何在汽车的设计阶段进行疲劳耐久性能的分析与改善是提高产品质量的另一重要手段。本文以某紧凑型SUV的车身结构作为研究对象,从“轻量化”与“提高产品质量”两大主题出发,对其展开一系列的性能分析与优化工作,主要研究工作见下:(1)建立整车的有限元模型,针对车身结构涉及到的主要性能要求,分别进行仿真分析,其中包括:车身的静态性能(扭转刚度、弯曲刚度)、车门的静态性能(车门下沉刚度、车门窗框侧向刚度)、关键部位的连接强度(安全带固定点强度)以及碰撞安全性能(100%正面碰撞、50km/h侧面碰撞)。并与试验数据进行对比,验证了仿真分析方法与模型的准确性以及结果的可靠性,为接下来的研究工作奠定基础。(2)结合Hypermesh、Adams/Car、MSC.Nastran及nCode软件,基于疲劳分析理论,对车身结构进行疲劳性能的联合仿真。从疲劳分析的三要素进行展开,首先建立汽车底盘的多体动力学模型,并将强化路面上采集得到的轮心六分力载荷数据,通过多体动力学模型进行分解,得到底盘与车身各连接硬点处的载荷时间历程;然后利用惯性释放法进行白车身的静力学分析,获取车身的应力场数据;最后结合车身材料的S-N曲线,将上述分析数据集成到nCode软件中,最终求解得到车身的疲劳寿命。(3)将稳健性优化设计的方法应用于车门结构的轻量化研究中。针对该车型的车门结构,结合尺寸、形状、位置等多种类的设计因素,并考虑设计变量的波动对产品性能的影响,采用试验设计方法构造高精度的响应面模型,结合多岛遗传算法、蒙特卡罗模拟技术,对车门结构进行6σ稳健性与轻量化改进设计。结果表明,本研究在减轻车门质量的同时显著提高了产品性能及性能的稳健性。