本文在汽车轻量化的背景下,以悬架系统中的控制臂作为研究对象,针对多工况多目标拓扑优化以及可靠性拓扑优化设计方法问题开展研究,提出了一种能够同时对结构刚度和模态特性进行优化的多目标拓扑优化方法,完成了拓扑优化后控制臂的新结构重构;采用单层序贯可靠性拓扑优化方法,完成了控制臂的可靠性拓扑优化设计。首先,归纳总结了拓扑优化和可靠性优化设计理论的概念和发展状况,介绍连续体结构拓扑优化的主要方法。接着,选取载荷恶劣的多种典型工况进行整车仿真,获取作用在控制臂上的载荷,将其作为静力学分析和拓扑优化的边界条件,分析控制臂的静力学强度特性,获取结构在不同工况下的柔度,分析其在约束模态和自由模态下的模态和固有频率。然后,根据结构外形和设计目标建立拓扑优化设计空间,将载荷数据作为边界条件,体积比、制造工艺作为约束条件,以不同工况下的柔度和综合固有频率作为目标函数进行单目标优化。考虑到在不同工况下,以柔度为目标函数的最优拓扑结构是不同的,同时,以频率和柔度为目标函数的最优拓扑结构差异更大,本文采用折衷规划法,将柔度和频率与单目标优化最优解之间的“距离”作为目标函数建立优化模型,进行多目标拓扑优化。根据优化结果的概念模型,确定载荷传递路径和结构形式,重新构建模型,将其与原模型进行对比,对比结果显示重建模型在体积减小的情况下,各个工况下结构的最大应力减小、柔度减小,前三阶弹性体模态频率增加,优化结果满意。最后,利用可靠性分析方法对载荷进行修正,并利用修正后的载荷数据,进行多目标拓扑优化,概念优化模型加强了中部的肋和球铰连接部分的结构,减少了底部孔洞数量,所得的拓扑优化结果能够体现不确定性对结构性能的影响,设计结果更加合理。