结构轻量化作为我国汽车节能减排的重要手段,在新材料及新工艺的开发取得重大突破之前,具有更加成熟及高效的特点。传统的轻量化分析方法,在设计过程中主要以结构强度为性能约束,串行考虑各项性能,难以同时满足复杂系统的多性能设计要求。本文以清扫车辆吸嘴装置为研究对象,基于数学近似建模及优化思想,提出一种耦合考虑吸嘴的流场性能和结构刚度及振动特性的轻量化思路。主要研究内容如下:第一部分,吸嘴流场性能及结构性能仿真及分析。考虑到吸嘴工作中吸污效率低,质量大、承载变形严重,整车油耗高等问题,运用有限元分析工具Fluent和Hyperworks分别建立吸嘴流场性能和结构性能仿真模型。首先提出了一种三圆形通道吸嘴拓扑结构,其在入口流速均匀度及进出口压力降这两项性能上均优于双圆形通道及双方形通道吸嘴;其次,建立三圆形通道吸嘴气、固、液三相流仿真模型,验证了三圆形通道吸嘴结构的合理性。另外,从吸嘴静态强度、静态刚度、模态分析三方面着手,分析了吸嘴在五种载荷作用下的位移与应力分布,提取其前八阶模态频率及振型,说明了吸嘴结构设计上的不足以及需求。第二部分,吸嘴结构参数试验设计及参数关系挖掘。设计L₆₄（4⁹）正交试验方案,运用主效应分析及Pareto分析方法,探索并归纳了吸嘴九个设计变量与七个目标变量之间的相互影响及规律,结果表明:变量之间关系错综复杂,需要通过多目标优化的方法保证轻量化并均衡其他各项性能。第三部分,基于多目标近似建模及优化算法的轻量化方法研究。首先,采用高阶响应面（RSM）算法,建立了2个三阶响应面近似模型（Y₁和Y₂）和5个二阶响应面近似模型（Y₃-Y₇）;对七个响应面近似模型进行了可靠性验证,结果表明:各模型拟合精度和预测精度达到95%。其次,提出一种集合样本多样性、并行全局搜索及高效存储Pareto前沿的复合多岛-存档微遗传算法（MI-AMGA）,并建立了吸嘴多目标优化模型。在获取非统治最优可行解集的基础上,运用加权理想点效用函数法,获取最优吸嘴结构参数。在均衡吸嘴流场特性和提高结构特性的背景下,吸嘴质量由优化前的56.310kg降至41.18 2kg,降低了26.87%。所提出的多目标近似建模及优化技术可以快速精确有效地模拟吸嘴系统,在轻量化设计过程中均衡多物理场性能之间的矛盾,最终实现产品轻量化。