20世纪末,伴随能源紧缺和环境恶化等问题越来越突出,人们节约能源,保护环境和可持续发展等意识逐渐增强,能源与环境问题已经成为当今世界越来越关注和重视的问题。在汽车产业与能源和环境紧密相关的就是降低油耗以及减少排放。近年来,节能减排已经成为汽车研究领域一个重要课题。汽车的质量对油耗和排放的影响非常大,有数据显示汽车质量下降10%,就可以降低6%-8%的耗油量,降低汽车质量,不管是从节能减排还是从降低原材料消耗的角度来讲都是相当可观的,因此对汽车的轻量化研究是非常必要也是极其重要的。半挂车作为装载大型、重型货物的机械,降低其质量不仅能在节能减排方面意义重大,并且对结构性能以及产品经济性方面都有很大的影响。目前对结构进行轻量化最常用的手段有两种,一是选用强度符合要求的轻质材料,现在已经开始大量选择铝合金作为汽车零部件材料;还有一种方法就是在条件允许并满足使用要求的前提下,改变结构尺寸形状,即重新分布结构材料,使材料利用率达到最大化,这种手段即为结构优化。伴随着计算机技术的飞速发展,数值算法和有限元理论的成熟,涌现出一批基于有限元理论的工程分析软件,如Hyperworks、Ansys等。通过CAE技术进行结构优化设计可大大降低设计人员的工作量,更重要的是可以大幅缩短设计周期,降低制造成本,提高产品的市场竞争力。本文所分析的半挂车,材料选用轻质材料——铝合金,因此本文对其轻量化的主要工作是对结构进行优化。以Altair Hyperworks工程软件为平台,对某铝合金半挂车关键结构——车箱地板、围板以及车架进行结构优化设计。在车箱地板的优化设计中,以柔度最小作为目标函数,体积变化比和位移等响应作为约束条件,得到的优化的拓扑结构,并对其再进一步进行尺寸和形状优化。最终确定的优化结构比原结构质量减轻了13.7%,但变形和应力特性却比原结构更好,并具备较好的振动特性。对车车架的结构优化时也采用拓扑优化和尺寸优化结合的方法,得到的车架优化结构比原车架轻60kg,且也使车架的静力特性得到了很大的提高。最后本文采用试验优化设计方法和拓扑优化方法分别对常见的车箱围板结构进行结构优化设计,得到了两种不同的结构方案,将这两种进行对比分析,得出以下结论：运用试验优化设计方法,可以找到比传统结构更好的优化结构方案,但该方法较繁琐,周期长,得到的优化结构不是最优方案；运用拓扑优化设计方法得到的结构优于试验优化设计方法得到的,该方法设计周期更短,得到的优化结构更好。两种方法相比,拓扑优化方法在结构轻量化设计方面具有更强的实用性。