随着高速铁路技术的不断发展与完善,可靠性的研究越来越受到工程设计人员的重视,而电气化高速铁路的普及,使得受流设备可靠性的研究显得尤为重要。动车组受电弓作为动车组从接触网获取电能的重要电气设备,工作环境非常恶劣,长期受到外部气动载荷、受电弓与接触网之间的振动及摩擦等随机因素的影响,容易发生疲劳破坏。为保证受电弓在使用过程中安全可靠,有必要对其进行疲劳可靠性分析。基于此,结合稳健设计、结构优化设计及疲劳可靠性设计理论,采用计算机仿真分析方法,对动车组受电弓结构进行疲劳可靠性优化分析和稳健优化分析,以提高动车组受电弓的疲劳可靠性及稳健性,进而保证动车组安全可靠地运行。本论文主要研究工作如下:(1)受电弓结构静强度可靠性分析。首先,利用有限元分析软件HyperMesh与ANSYS对受电弓进行静强度分析,得到受电弓在两个工况下最大的Von.Mises应力值及最大Von.Mises应力发生位置,并将应力值与该部位材料的许用应力相比较,完成受电弓的静强度校核。其次,在受电弓静强度分析的基础上,选择受电弓应力较大的工况对其进行静强度可靠性分析。对受电弓结构进行参数化建模,以静强度失效为判据,以受电弓最大Von.Mises应力小于许用应力作为可靠性评价标准,建立极限状态方程,选择Monte Carlo法,利用ANSYS软件的概率设计模块对其进行求解,得到受电弓结构静强度可靠度。(2)受电弓结构疲劳可靠性分析。基于名义应力法和Miner累积损伤理论,提出Monte Carlo与响应面相结合的混合模拟法对受电弓进行疲劳可靠性分析。考虑外部气动载荷、受电弓与接触网之间的振动与摩擦、车体振动及材料属性等各种随机因素对受电弓的影响,将其定义为输入变量,确定其分布规律,以疲劳失效为判据,以计算寿命小于设计寿命为疲劳可靠性评价标准,建立受电弓疲劳可靠性分析的极限状态方程,并利用APDL语言编写疲劳可靠性分析的实现程序,将其嵌入到受电弓的参数化模型中,利用混合模拟法完成受电弓疲劳可靠性分析。(3)弓头支架的疲劳可靠性优化分析。针对随机因素波动易造成弓头支架结构失效的问题,将实验设计、有限元分析及可靠性优化设计相结合,提出一种基于响应面法的6σ疲劳可靠性优化方法。该方法将受电弓的疲劳可靠度作为约束条件,以弓头支架的质量作为优化目标,建立弓头支架疲劳可靠性的优化模型。并采用MATLAB软件的优化工具箱对其求解,得到满足可靠度设计要求的同时,实现弓头支架的轻量化设计。(4)弓头支架疲劳寿命的稳健优化分析。考虑外部载荷、材料属性及结构尺寸的随机性对弓头支架疲劳寿命波动的影响,将6σ标准、稳健优化设计与疲劳可靠性分析相结合,对弓头支架疲劳寿命进行6σ稳健优化分析。通过缩小随机变量例如外部载荷、材料属性及结构尺寸的波动范围,使弓头支架的疲劳寿命对诸多随机因素不敏感,提高了弓头支架疲劳寿命的稳健性。