汽车轻量化是降低温室气体排放、提高燃油经济性和节约能源的有效途径之一。车身重量约占整车重量的40%左右，车身结构的轻量化对于整车的轻量化起着重要的作用。车身结构轻量化设计是一个系统工程，涉及到碰撞安全、刚度和模态以及NVH等要求，是多学科多目标的复杂系统优化问题。基于近似模型的优化方法被认为是解决复杂工程优化设计问题的有效途径之一。本文针对国产某轿车的车身结构，综合考虑了车身结构刚度、模态及整车碰撞安全性能等因素，计及零件板厚、材料性能对结构性能的影响，对轿车车身轻量化的多学科多目标优化设计方法及工程应用进行了系统、深入地研究，主要研究内容如下：1.整车有限元模型建模研究。轿车前期开发过程中，由于没有试验样车，因而一个既能够准确反映整车结构力学特征，又能够使模型计算规模控制在计算机可接受范围内的整车有限元模型是必不可少的。本文用模块化建模方法，从建模细节入手，系统阐述了用模块化建模方思想建立整车有限元模型的方法，其方法具有较强的工程实用性。2.建立了白车身刚度有限元模型、整车侧碰有限元模型，进行了白车身静态弯曲扭转刚度、模态及侧面碰撞的仿真计算，同时设计并进行了白车身静态弯曲、扭转刚度试验、白车身模态试验以及整车侧面碰撞试验。通过仿真与试验之间的各项参数的对比研究，验证了本文所建立的有限元模型的合理。3.结合生产工艺上的可行性，选取白车身21个零件板厚及11种材料作为设计变量，设计了试验设计（DOE, Design of Experiments）矩阵，通过仿真计算得到了白车身刚度、模态及侧碰的样本点。详细分析了各设计变量对白车身刚度、模态及侧碰各项性能指标的相关性、灵敏度，为后期白车身结构的轻量化优化设计提供信息选择。4.分别使用响应面方法（RSM）、神经网络（RBF）方法、Kriging方法建立了白车身刚度及侧碰的近似模型，针对三种方法所建立的近似模型，以白车身刚度、侧碰侵入量及侵入速度等为评价指标，比较了各方法所得近似模型的误差，从工程上可接受的精度考虑，最终确定了以RBF神经网络建立白车身刚度近似模型，以RSM响应面方法建立侧碰近似模型。5.基于多学科优化方法对白车身进行了轻量化优化设计。基于本文所建立的白车身刚度及侧碰近似模型，使用自适应模拟退火算法（Adaptive Simulated Annealing，ASA），以车身轻量化为目标，包含刚度、模态、碰撞性能的约束，对白车身进行了多学科多目标优化设计，实现了白车身减重15.7kg的目的。与此同时，制作了轻量化后的试验样车，通过轻量化后样车的侧面碰撞试验验证了本文所述方案的可行性。