与传统的充气轮胎相比,非充气轮胎在多个方面具有显著优势,作为其主要部件,剪切带和轮辐的结构设计及优化更是研究重点,而通过力学模型则可以探究非充气轮胎变形的特性并指导其结构的设计。本文基于非充气轮胎的基本结构及其变形特点,将其剪切带简化为环形铁木辛柯梁,将轮辐简化为周向均匀分布的弹簧,基于虚功原理推导了非充气轮胎受力变形时的微分方程,从而,建立具有线性轮辐的非充气轮胎的力学模型,并采用有限元方法验证了模型的准确性;而后应用模型,探究了非充气轮胎与路面接触时部分结构参数对轮胎变形的影响。考虑到非充气轮胎轮辐刚度的非线性,修改并完善上述模型中对轮辐刚度的描述,构建具有非线性轮辐的非充气轮胎的力学模型,采用迭代补偿的方法对模型进行求解,并较为全面地验证了模型的准确性。考虑非线性轮辐刚度的模型包含更全面的结构参数和材料参数,可以更真实地模拟非充气轮胎的结构特性。基于本文所建立的力学模型,以205/55R16型子午线轮胎为对标轮胎,以非充气轮胎与平直路面静态接触的接地压力最大值为优化目标,建立了非充气轮胎结构优化数学模型。并基于Matlab全局优化工具箱中MultiStart优化方法,提出了“批量计算+优选起点进行优化”的方法,该方法可以减少优化计算时间而不损失计算准确性。利用优化得到的最优解分别进行非充气轮胎剪切带和轮辐的结构设计,可以显著降低结构设计的难度并减少后续性能优化的工作量。