碰撞安全性是车辆整车性能的重要指标,车辆的抗撞性对于乘员安全意义重大,考虑碰撞安全的轻量化设计具有重要意义。其中,位移与接触力响应是抗撞性设计的两个关键指标。然而,碰撞问题包含几何非线性、材料非线性与接触非线性特性,并且是动力学时域问题,因此结构灵敏度信息计算量太大,以致无法应用传统的基于梯度的结构优化方法。近年来,等效静态载荷法已被证明是求解碰撞优化问题的有效方法。该方法可以将动态非线性的碰撞工况,转化为线性静态工况,从而可以利用成熟的优化技术,对此静态工况下的结构进行优化。但该方法仅能优化位移响应,无法考虑接触力响应。因此,本文提出了其对偶方法——等效静态位移法,用于求解接触力优化问题。应用等效静态载荷法与等效静态位移法,本文集成商业软件LS-Dyna和Opti Struct,开发了一款碰撞优化专用工业软件CrashOpt,用于求解考虑位移与接触力响应的结构碰撞优化问题。本文的主要工作内容如下。首先,对碰撞优化相关文献进行了综述,讨论了现有方法在求解碰撞优化问题时的优势与不足。其中等效静态载荷法可有效求解位移响应的碰撞优化问题,而碰撞力优化问题目前尚无有效方法可求解。其次,归纳总结了等效静态载荷法相关概念。为了提高该算法的效率以及增强收敛性,本文介绍了吸能关键时间点,缩放因子法,以及移动限策略。第3章提出了等效静态位移法,该方法可求解接触力优化问题。详细阐述了等效静态位移的定义、计算方法、接触力等价性证明、约束反力灵敏度分析,给出了基于等效静态位移的接触力优化流程,并对比了该方法与等效静态载荷法的异同。第4章应用VB.net语言,结合商业软件LS-Dyna和Opti Struct,开发了碰撞优化软件CrashOpt,并对软件功能、架构、文件存储方式、软件内部执行流程等做了详细说明。最后,通过5个算例展示了CrashOpt软件求解抗撞性优化问题的效果,进而验证了本文所提出算法的有效性。