با توجه به گسترش نیاز به طراحی سازه‌های سبک، مقاوم و کارآمد در صنایع پیشرفته‌ای مانند هوافضا، انرژی‌های تجدیدپذیر و خودروسازی، تحلیل دقیق رفتار دینامیکی سازه‌هایی مانند تیرهای جدار نازک با مقطع متغیر، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این پژوهش، تحلیل ارتعاشات و تنش‌های دینامیکی تیرهای جدار نازک با سطح مقطع متغیر به روش رایلی-ریتز مورد بررسی قرار گرفته است. به‌منظور مدلسازی دقیق هندسه تیر، توابع چندجمله‌ای برای توزیع ضخامت و قطر در راستای طول تیر در نظر گرفته شده‌اند. با به‌کارگیری روش رایلی-ریتز، ماتریس‌های جرمی و سختی به‌صورت نیمه‌تحلیلی استخراج و معادلات ارتعاشی به‌دست آمده‌اند. سپس، پاسخ دینامیکی تیر تحت بارگذاری گسترده سینوسی محاسبه و تنش خمشی در امتداد تیر ارزیابی شده است. برای بهینه‌سازی هندسه تیر با هدف کاهش هم‌زمان تنش بیشینه و جرم سازه، از الگوریتم ژنتیک NSGA-II استفاده شده و مجموعه‌ای از طرح‌های بهینه بر روی جبهه پارتو استخراج گردیده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که طراحی مناسب تابع ضخامت و قطر به کمک الگوریتم بهینه‌سازی، می‌تواند به‌طور هم‌زمان تنش‌های دینامیکی را کاهش داده و وزن سازه را به‌صورت مؤثری کاهش دهد. همچنین، مقایسه پاسخ‌های عددی با نتایج نرم‌افزار ABAQUS، تطابق بسیار مناسبی را نشان می‌دهد که اعتبار روش پیشنهادی را تأیید می‌نماید. این روش می‌تواند به‌عنوان ابزاری کارآمد در طراحی سازه‌های سبک و مقاوم در کاربردهایی نظیر صنعت هوافضا، انرژی‌های تجدیدپذیر و خودروسازی مورد استفاده قرار گیرد.