为实现汽车节能减排,论文从材料轻量化的角度出发,使用碳纤维复合材料设计乘用车后副车架,并对铺层结构进行优化设计。但是实际工程的铺层优化往往存在高维、非线性的问题;并且变量间的约束条件使样本空间不规则,不易通过常用的试验设计方法提取样本点以建立近似模型。针对这些问题,论文将优化过程分为铺层厚度优化和顺序优化两步,以减小优化模型的非线性和变量个数;并结合高斯过程回归、聚类试验设计和自适应采样建立近似模型以减少优化计算时间。论文的主要研究内容和成果如下:论文首先研讨了复合材料的结构设计要求,参考钢制副车架结构外形,设计了碳纤维复合材料副车架,并暂定“超级层”的初始铺层方案。计算典型工况下的轮胎接地力,输入ADAMS建立的后悬架多体动力学模型进行仿真,提取各工况副车架硬点载荷。在ABAQUS中建立复合材料、钢制副车架的有限元模型,输入硬点载荷计算各工况的安全系数、应变能和自由模态频率。计算结果显示初始铺层复合材料副车架的性能基本满足设计要求。然后以各工况应变能之和最小化、质量最小化以及一阶自由模态频率最大化为目标,考虑不同角度最小含量10%的约束条件,对初始铺层的各角度铺层厚度16个变量进行优化。优化过程基于高斯过程回归建立的近似模型,利用改进的聚类试验设计流程抽取不规则空间的样本点,并通过自适应采样验证并更新近似模型,最终评价参数R2在0.9以上,最大误差小于10%。利用NSGA-Ⅱ求解多目标问题的Pareto前沿,并折衷选取厚度最优值,将结果圆整为制造单层厚度的整数倍。优化后的一阶频率提升5.4%,总应变能降低10.5%,复合材料质量减低8.7%。最后以前三阶自由模态频率最大化、各工况应变能之和最小化为目标,通过折衷规划法将4个目标加权为统一的目标函数,以弯曲刚度参数为变量对铺层顺序进行优化设计。利用遗传算法将弯曲刚度参数反推为实际铺层顺序以进行有限元分析。同样基于近似模型进行优化,并且近似模型评价参数R2在0.95以上。最后利用粒子群算法求解,优化后的前三阶频率提升明显,总应变能降低6.5%。与钢制副车架相比,复合材料副车架质量降低53.7%;副车架前三阶模态频率提升明显;各工况安全系数均有不同程度提升,并且绝大多数工况的应变能有下降,即结构刚度更优;结果表明复合材料副车架轻量化效果明显。