汽车的碰撞安全性能是整车性能的重点之一,汽车抗撞性在汽车安全性能中有着非常重要的地位。因此在保证汽车碰撞安全的前提下研究如何减轻整车质量实现汽车轻量化具有重要的意义。由于汽车碰撞问题是几何、材料和边界条件的非线性动力学时域问题,因此在利用传统的基于梯度优化方法对碰撞问题进行优化时,结构非线性优化梯度计算非常困难,传统的方法很难应用到结构非线性问题中。等效静态加载法将动态的非线性优化问题转化为静态的多工况优化问题,从而利用结构静态线性优化技术求解结构动态非线性问题,从数学上该方法解的最优性得到了证明。为了实现等效静态加载法在汽车碰撞安全中的应用,本文做了以下工作:研究了等效静态加载法的理论,其中包括等效静态加载法的定义、等效静态加载法的基本思想以及优化流程。针对汽车结构压溃量和侵入量的耐撞性问题,提出了基于关键时间点的位移等效静态载荷法。由于动态分析的时间步很多,如果计算全部时间点的等效载荷会花费大量时间,此方法只需要计算结构的每个位移约束响应最大时间点的等效静载荷,并用此载荷作为外载荷进行静态线性优化,可以极大地减少等效载荷的计算时间。等效静态加载法的优化过程包括结构的动态分析和静态优化两个部分。考虑到在进行静态优化时可以同时加入动态工况的等效外载荷和静态工况的静态外载荷,从而可以进行动态工况和静态工况联合优化,因此本文提出了基于等效静态载荷法的碰撞动态工况和静态工况联合优化法,并设计了静动态工况联合优化的优化流程。使用VB.net语言开发了一款基于位移等效静态加载法板厚尺寸优化的软件,本软件可以实现全部时间点和关键时间点的位移等效静态载荷法的优化,并可以用于静态工况和动态工况联合优化。软件界面用户操作简便,具有很好的人机交互性。最后使用本文开发的软件对3个算例进行了优化设计:第一个算例对单帽形简易前纵梁抗撞性优化进行设计,首先设计了一种单帽简易前纵梁并采用Q235材料进行样件制备,并对样件进行冲击试验,然后根据样件的尺寸和冲击试验的边界条件建立了一个有效的碰撞有限元模型,最后采用全部时间点和关键时间点的等效静态加载法以及遗传算法对单帽形简易前纵梁的抗撞性进行了板厚优化,并对优化结果进行比较和分析,从优化结果可以看出关键时间点的等效静态加载法可以有效性和高效性地处理大变形碰撞优化问题;第二个算例对汽车前端结构进行抗撞性优化设计,首先根据法规建立一个有效的汽车前端结构低速正碰的有限元模型,然后采用本软件对其低速正碰的抗撞性进行优化设计;第三个算例对单帽形简易前纵梁进行碰撞工况和静态弯曲工况联合优化设计,首先根据第一个算例的模型建立了一个多段的简易前纵梁有限元模型,然后对其碰撞工况和静态弯曲工况进行分析,最后采用本软件对其碰撞的抗撞性和静态的弯曲刚度进行联合优化设计。