轮毂,作为汽车行驶过程中的关键承载结构,其轻量化程度和力学性能的优劣直接影响到汽车的平稳性、安全性、制动性和经济性。为了满足轮毂的市场需求和使用性能,节约成本,提高产品竞争力,轻量化轮毂成为行业的发展目标。然而,轮毂结构特征复杂,不同区域（包括轮辋、轮辐、轮缘）承受的载荷类型不同,功能、工艺约束进一步增加了其轻量化设计的难度,导致目前轮毂的设计与优化主要采用工程经验进行试错研究,需要耗费大量的时间和经济成本,其轻量化设计相关理论和方法仍有待补充与完善。本文以突破超轻、高性能、耐疲劳轮毂结构设计过程中存在的技术瓶颈难题为目标,开展轮辋截面形状优化、轮辋筋板布局设计、轮辐拓扑结构优化等关键问题研究,为轮辋、轮辐的结构设计与优化提供理论与技术支撑。主要研究工作包括:（1）分析铝合金轮毂的结构特征及加工工艺,研究各试验工况下轮毂的主要承载区域及类型,基于TRIZ理论研究轮毂轻量化设计过程中存在的主要技术矛盾,给出解决这些技术矛盾可行的发明原理,制定轮毂的结构轻量化方案,为轮毂的轻量化设计提供依据。（2）提出基于传力路径分析的轮辋截面形状优化方法,研究轮辋截面载荷传递规律显式表达方法,制定结构传力性能评价策略,揭示轮辋截面传力性能,给出轮辋截面形状优化建议及尺寸确定方法,开展仿真分析及轮毂静压、径向冲击试验,验证轮辋截面形状优化效果,为轮辋的截面形状设计与优化提供了理论依据。（3）提出“轮辋面+筋板”的轮辋轻量化设计方案,研究轮辋面最小壁厚,给出轮辋筋板布局设计需求及仿生设计思路,选择蜂窝结构、叶脉分枝结构作为仿生原型对轮辋筋板进行布局仿生设计,得到类蜂窝轮辋、类分枝轮辋以及混合仿生轮辋三套设计方案,并验证其力学性能及轻量化效果。（4）研究轮辐数量对轮毂铸造工艺及力学性能的影响规律,给出轮辐数量的选用建议,分析轮辐多工况多位置承载情况及拓扑优化层次结构,构建轮毂多试验工况综合评价函数来表征轮辐的旋转特性,建立轮辐多工况联合拓扑优化数学模型,开展轮辐的拓扑结构优化研究。（5）建立轻量化铝合金轮毂三维模型,仿真分析验证其力学性能,给出轮毂疲劳寿命预测思路,研究轮毂零件SN曲线拟合及平均应力修正方法,构建考虑轮毂旋转特性的疲劳寿命预测模型,开展疲劳试验验证预测模型的科学性,并对轻量化轮毂的疲劳寿命进行分析。