随着高速铁路的飞速发展,列车运行速度不断提高,车体的结构安全性问题变得越来越不容忽视,具有质量轻、强度高、耐腐蚀优点的不锈钢车体正逐步应用于地铁车辆车体的设计中,因此对不锈钢车体强度和疲劳寿命的研究至关重要。本文以某厂研制的B型地铁不锈钢车体作为研究对象,主要研究内容如下:(1)完成地铁车体研究分析模型的建立,采用厂家提供的利用壳单元模拟整车车体结构的模型,其中包括车顶、侧墙、端墙和底架,为从整车角度分析车体静强度奠定了基础。建模软件无法完全还原地铁车体的实际结构,要改变地铁车体中的部分结构,地铁车体实际结构中有许多焊点,而且这些焊接点的作用和类型都不同,依据研究分析侧重点的不同进行简化处理,使整个车体模型对我们的研究分析而言更加的合理,得到的结论更加的准确。(2)在确定工况及边界条件之后,进行车体静强度的分析,通过前处理软件Hyper Mesh将各个工况加载到模型上,再利用Ansys软件进行有限元计算,得出von-mises云图,观察应力最大值发生的位置,并与该位置的许用应力进行比较,计算整车承载相当弯曲刚度,根据结果验证地铁车体模型是否符合规定要求。基于Optistruct软件对车体前10阶模态进行计算,查看结果验证地铁车体模态是否符合要求。(3)通过Hyper Mesh软件给车体模型重新添加三个具体疲劳工况,运用Ansys软件进行计算,在每个工况下选取第一主应力较大的六到七个应力点,基于BS7608-1993标准中计算累计损伤比的方法进行疲劳寿命评估。(4)根据静强度、位移与疲劳寿命评估的分析结果,观察应力比较集中与位移偏大的应力点和车体结构,利用Optistruct软件进行车体结构局部尺寸优化,然后通过Hyper Mesh软件修改车体部分结构厚度参数,以达到轻量化的目的,将优化后的模型再次导入Ansys软件中进行计算与对比。再通过Optistruct软件对车体局部结构进行拓扑优化,拓扑优化是结构优化必不可少的一种优化方法。通过上述研究得出以下结论:(1)车体的模态振动频率符合要求,静强度和刚度符合标准要求。(2)车体20个疲劳评估点累计损伤都小于1,疲劳强度满足使用要求,是安全的。(3)确定了不锈钢车体的局部结构尺寸优化的板厚数值,实现了车体轻量化。(4)车体局部结构拓扑优化结果显示突破应力约束的网格占总网格数量的0.6%,在可接受范围之内。