随着城市化进程的加快,地铁车辆载客量和运营速度都大大提升,导致车辆实际工作环境愈发极端恶劣。地铁车辆行驶过程中,障碍物检测装置的多轴随机振动疲劳失效问题已成为危害地铁运行安全的严重隐患,引起了人们广泛重视。本文在振动台上开展模拟长寿命振动试验,验证了障碍物检测装置结构满足30年运营要求,然后通过四种仿真分析方法对结构进行疲劳寿命预测,并结合断裂力学的评估方法对地铁障碍物检测装置的剩余寿命进行研究。根据轨道交通标准,结合疲劳和断裂方法对障碍检测装置进行全面分析,对于指导轨道车辆类似悬挂件的结构设计和检修具有重要的意义,同时也具有一定理论价值。首先,根据轨道交通标准IEC 61373获取对地铁障碍物检测装置结构进行模拟长寿命试验的标准谱。将结构三个方向的加速度功率谱密度曲线进行逆傅里叶变换,得到第四章计算所需的时域随机疲劳激励谱。然后,通过载荷循环计数、载荷修正、载荷谱分级等方法的合理选取编制第五章疲劳裂纹扩展载荷谱。其次,在振动台上依次开展垂向、横向和纵向各5小时模拟长寿命振动试验,验证障碍物检测装置结构设计的合理性后,再采用单轴频域法、多轴频域法、单轴时域法和多轴时域法等四种仿真分析方法对障碍物检测装置进行疲劳寿命预测。结果表明:本文开展的模拟长寿命振动试验和单轴仿真结果准确,结构设计合理有效;结构在实际运营过程中所承受的多轴载荷与单轴依次加载产生的总损伤不能简单等效。最后,选取障碍物检测装置设计初期的角接焊和对接焊铝横梁为研究对象。将编制好的载荷谱施加在全局模型后,完成子模型的剖分,再对子模型关键疲劳位置进行剩余寿命预测,并对影响结构疲劳裂纹扩展寿命的关键因素进行分析讨论。对比计算结果发现:本文设计的角接焊铝横梁抗疲劳性能显著好于对接焊铝横梁,半椭圆初始裂纹尺寸的增加会严重降低结构的剩余寿命,焊接构造的中心裂纹较边缘处裂纹更加危险,而半椭圆的长短半轴比对结构剩余寿命的影响较小。