矿用自卸车作为非公路用车主要应用于矿山、码头和基础设施工地等大型施工现场。近年来,随着我国大量基础设施项目的开展,矿用自卸车进入一个黄金发展时期,进而迎来了更多资本进入这一行业。发展至今,企业都已基本掌握矿用自卸车制造技术,行业竞争向成本经济性、可靠性和安全性等方面转变。而车架作为重要的承载结构,其性能直接影响整车的各项性能指标。因此,及时改进矿用自卸车车架缺陷,提高其安全性,加快下一代产品优化设计,对于提高企业竞争力具有积极意义。本文针对某矿用自卸车铆接车架在实际使用过程中发生结构失效的实际情况,基于有限元法和拓扑结构优化方法,利用三维设计软件CATIA和有限元分析软件ANSYS,对该车架进行了结构失效分析、修补和结构优化设计。具体工作如下。首先重点研究了铆接车架有限元分析的关键技术;其次,对车架在典型纯工况下进行结构有限元分析,对各工况应力结果进行总结,分析可能的结构失效复合工况,通过组合各工况确定三处车架结构失效对应的失效工况;然后,对车架进行修补,并对修补后的车架按失效工况校核;最后,对车架横梁结构进行拓扑优化,参照优化结果重新设计车架横梁。通过纯工况分析,找到铆钉失效对应的工况为扭转—制动工况,车架纵梁开裂对应的工况为转弯—扭转工况。在车架修补中,失效的铆钉替换成铰制孔螺栓,安全性系数提高到2.31;纵梁开裂位置加装加强梁使车架应力降低30.5%,可满足已生产车架的强度要求。对车架横梁的拓扑优化设计,使车架质量减少11.08%。研究表明,利用CAE技术,可以快速找到车架各工况的应力分布,找到失效工况,针对具体失效位置修补,及时挽回损失,提高车架性能。运用拓扑优化方法,可以打破传统设计理念在满足强度要求的前提条件下有效地减少车架质量。