仿真驱动设计优化是产品开发的新模式,有助于促进工业化与信息化的深入融合。当前结构形状优化研究与应用中存在的两个主要问题,一是如何面向设计提取复杂结构的合理参数表示,二是如何快速获取详细分析模型,以实现高效可信的形状优化设计。本文围绕上述关键问题,以车身薄壁结构为研究对象,提出了适于薄壁结构表示与重用的参数化方法与网格变形方法,为仿真驱动的设计优化提供了理论基础与技术支持。本文开展了以下工作:1)由于薄壁梁构件在车身等复杂工程结构设计中具有广泛应用,实现该类构件有限元模型的快速可信重用对工程设计具有重要意义。考虑薄壁梁构件的力学性质,以及面向设计的参数表示在形状描述与模型编辑方面的优势,提出了一种由骨架与横截面构成的设计参数表示方法,结合基于径向基函数(RBF)的网格变形方法,可获得网格模型的整体与局部变形结果。引入各向异性距离度量与骨架嵌入空间,提高了所选方法的变形效果,可采用少量横截面控制复杂梁构件的局部变形。由结果可知,所提参数化变形方法能够获得高质量的分析模型变体,为实现薄壁梁构件的形状设计提供了高效便捷的几何处理工具。2)将上述参数化变形方法应用于S形薄壁梁构件的耐撞性优化设计中,以该构件的整体形状与塑性铰区域的局部形状作为设计变量,研究了这两类变量对构件耐撞性的影响。优化结果表明,改变整体形状或塑性铰区域的形状,可有效提高给定S形梁构件的耐撞性能。同时,采用所提出的参数化变形方法,实现了自动高效的设计空间采样,获得了大量高质量有限元模型变体,验证了该方法与基于代理模型优化技术集成的可行性,可提高形状优化设计的自动化水平。3)根据结构设计经验可知,薄壁构件一般由梁、板组成。因此,提出了适于薄壁构件的线-面简化表示方法,并给出了相应的自动算法。该算法首先通过扫掠几何体属性自动辨别薄壁构件中的梁、板区域,其次采用区域扩展的方法对构件进行分割,获得对应的梁、板区域,最后基于分割结果提取构件的线-面简化表示。由数值结果可见,该方法能够抽取与给定构件匹配的简化表示,并通过与人工建模结果对比,验证了所提算法的有效性。4)为满足车身造型与结构的协同设计需求,提出了一种造型与分析模型同步更新机制,克服了两类模型因形状与几何表示差异所导致的困难。首先提出了一对曲线网络表示,分别对应造型曲面模型与结构分析模型,并实现两曲线网络间的变形传递,以构建两类异构模型间的关联。其次拓展了自由变形技术,采用所得的结构曲线网络驱动车身结构有限元模型变形。结果表明,所提方法可获得满意的曲线变形效果,并通过仿真分析验证了所得有限元模型变体的有效性。