大变形结构主要指交通运输业中的车辆,其在碰撞中导致的安全性问题一直都是重要的研究方向,如何加强车辆大变形结构的耐撞性能成为了安全性研究领域里的重要一环。金属薄壁构件作为大变形结构中最重要的耐撞性元件,在碰撞冲击中的力学性能表现与其几何尺寸、截面形状等因素紧密关联。因此,本文通过研究薄壁构件与以上因素的关系,基于显示有限元技术、响应面近似模型及渐近结构优化法对薄壁构件和桁架结构进行了耐撞性优化设计。本文的主要研究工作如下:1)基于响应面近似理论,对薄壁构件的耐撞性进行了几何尺寸优化研究。对薄壁方管撞击刚性墙问题进行有限元模拟,得到碰撞力-位移曲线,用数值理论解检验了模型准确性;以比吸能为目标函数,建立管厚t和截面边长b的四次响应模型。通过拟合计算获得了比吸能最优解。通过与有限元计算值的误差比对,表明本文提出的薄壁管件耐撞性尺寸优化方法是精确有效的。2)在薄壁方管基础上,考虑耐撞性及轻量化需求,设计了四元胞和四凸缘两种截面形式的薄壁方管。通过优化设计得到了两种截面形式的最优模型和参数。与薄壁方管的仿真对比,两种截面管件的比吸能均大幅提高,而四元胞截面相对具有更好吸能效果,表明选择合适截面形状可提高构件的耐撞性能。3)基于渐进结构优化法,对受轴向冲击载荷的桁架结构进行耐撞性拓扑优化。通过有限元模拟得到桁架结构的应变能及变形,以结构各单元与最大应变能的比值来定义材料的利用效率,以比吸能判定桁架是否满足优化要求。通过算例表明,运用渐进结构优化法对桁架结构开展拓扑优化是可行的。4)以大客车侧翻耐撞性分析优化为例,利用前文研究成果,将薄壁构件的尺寸、形状优化及桁架结构的拓扑优化方法运用到客车车身结构分析优化中,取得了良好效果。提出了一种含特定形状贴板加强的立柱薄壁梁结构。通过与薄壁方管、贴板薄壁方管和泡沫铝填充方管的仿真结果对比,证明该结构具有更好耐撞性能。基于响应面法,对等强度贴板方管进行形状参数优化,获得了比吸能最优解。可作为客车车身立柱的增强构件,具有较高推广价值。建立了一套关于大客车侧翻的大变形结构耐撞性优化设计系统,通过有限元建模、仿真计算、试验样本设计、近似模型、优化算法及试验验证,对车身的侧翻耐撞性进行优化设计研究。优化后客车顺利通过了侧翻安全试验认证。与课题合作企业的成功工程应用实践表明:本文提出的方法流程有效可行,提高了大变形结构的耐撞性能,具有重要的工程应用价值。