随着计算机硬件技术的发展以及有限元仿真技术的逐渐成熟,工程师在设计初期就能对新车型的结构进行设计与优化,大大缩短了开发周期。由于在汽车结构设计的过程中需要考虑质量、刚度、强度、模态、碰撞、NVH、疲劳耐久等多种性能,而各性能之间相互影响与制约,这使得多目标、多学科优化方法近几年在解决各种复杂工程问题中得到了广泛的应用。然而由于优化时所要经历的反复迭代与单个有限元模型本身较长的计算时间,使得整个优化设计过程需要付出昂贵的计算代价,直接优化难以满足现代车身设计的开发需要。为了解决这个问题,国内外学者们提出使用近似模型来代替有限元模型,以此减小计算量,提高优化效率。虽然在对复杂工程问题进行处理时基于近似模型的设计方法被视为有效提高工作效率、降低问题难度的有效途径之一,但其在工程问题的实际应用中仍然存在不足的方面,比如采样时间过长、建立的近似模型精度不足等。本文从建立近似模型时所需的试验设计方法与近似模型构建方法入手进行深入研究,提出序贯采样方法与组合近似模型构建方法,并在对一款概念铝车架的进行轻量化设计时将这两种方法进行运用,使得概念铝车身的结构性能拟合时间更短、精度更高,形成了基于序贯采样法与组合近似模型的概念铝车架轻量化设计方法。本文主要研究工作及结论如下:(1)序贯采样方法研究介绍序贯采样法原理,针对已存在的序贯采样法中存在的问题对其进行修正,提出CVDA序贯采样法,并通过Farhang Mehr和Multimodal两个低维函数与Extended Rosenbrock和Dixon-Price两个高维函数对OLHD、MDA、MSDA、CVA和CVDA等5种采样技术效果进行比较,得出CVDA序贯采样技术在高维度、强非线性的函数中优势更加明显。(2)组合近似模型方法研究介绍组合近似模型构建原理,针对已存在的组合近似模型建立方法中存在的问题对其进行修正,提出EY组合近似模型建立方法,并通过Branin-Hoo和Jin两个低维函数与Hock和Dixon-price两个高维函数对RSM、Kriging和RBF三种单一近似模型以及EI、EG和EY三种组合近似模型进行对比,得出EY组合近似模型在高维、强非线性以及少样本量的情况下有着更好的预测效果。将CVDA序贯采样技术与EY组合近似模型应用于概念铝车身的轻量化设计之中,分别建立弯扭刚度、一阶弯扭模态频率的近似模型,最终弯曲刚度精度值为0.984,与初始值相比提升12.6%,扭转刚度精度值为0.986,与初始值相比提升17.9%,一阶弯曲模态频率精度值为0.942,与初始值相比提升18.8%,一阶扭转模态频率精度值为0.947,与初始值相比提升25.0%。采用自适应退火算法,经过全局5997次迭代之后优化结束,概念铝车架弯曲刚度提升1.79%,扭转刚度提升2.67%,弯曲模态提升3.47%,扭转模态提升1.04%,质量降低6.98kg,减重率7.04%,减重效果明显,为后续详细阶段的工作提供了指导性的意见。