重载快捷是轨道交通运输未来发展的趋势,如何实现车辆的重载化、快捷化、轻量化是当前研究的重点。然而,重载-快捷-轻量的运输方式会使车体所受的激励强度更大、频率范围更宽,尤其是运载散体货物的敞车车厢结构,会因运输过程中散体的非线性作用而表现出复杂的动力学响应,加大车体结构的弯曲、扭转等变形,增加结构疲劳破坏的几率。散体的复杂特性加大了货车新车型的设计难度,成为限制重载货车快速发展的重要因素。目前国内外规范的要求明显不符合新型货车的设计需求,因此开展重载货车结构力学特性研究有着重要的意义。本文结合企业需求,以某型敞车为研究对象,借助理论分析、数值分析及实验分析等研究方法,从静力学、动力学两个方面对散体-敞车耦合系统进行了研究,为科学的设计制造重载敞车提供理论依据。重载敞车设计研究中的关键问题是散体对车厢端墙、侧墙的侧压力计算以及散货对车厢整体的动力学影响,本文主要对以上问题进行研究,研究内容如下:1、对敞车端墙的动力学特性进行了深入研究。基于von-Karmen板理论,结合散体特殊的力学性质,建立了考虑散体作用的敞车端墙动力学理论模型。在该模型的基础上,研究了车厢端墙设计中关键参数对端墙力学特性的影响,该模型的可靠性可通过与有限元法对比得到验证,为敞车车体的设计提供了理论参考。2、根据敞车端墙、侧墙的受力特点,引入土力学相关理论,提出了一种敞车端墙、侧墙的侧压力的解析方法。针对敞车端墙,考虑土拱效应及车厢尺寸的影响,取曲线破裂面,应用莫尔圆理论及极限平衡理论,推导了一种与实验结果更为接近的端墙侧压力解析方法,为车体设计轻量化提供依据;针对敞车侧墙,推导了以旋轮线作为破裂面的侧墙侧压力计算公式,并通过与实验结果的对比验证了公式的正确性,得到了侧墙侧压力沿高度方向的非线性分布,并对重载敞车侧墙设计中的关键参数与侧墙侧压力之间的关系进行了研究及讨论。3、对散体-结构耦合系统的实验方法进行了研究。以敞车车厢的几何相似模型为研究对象,探讨了散体装载结构的模态实验方法,研究了散体作用及不同激励方式对结构模态特性的影响,并以此方法为指导进行重载敞车的模态实验,对敞车的力学性提出了一些建议。通过研究发现,预实验分析可以保证测点及激励点位置的准确性,提高实验的测试精度;振动台激励下的模态实验更适合于敞车结构;随着物料的增多,结构频率明显降低,主要振型由弹性体振型变为刚体振型。4、从两方面对重载敞车进行了有限元计算方法研究。第一部分分别从刚体振型及弹性体振型两个方面考察了转向架对敞车模态特性的影响,为车辆工程中类似模型的处理提供参考;第二部分提出了一种散体有限元模拟方式,通过与空、重车的模态实验结果的对比,验证了该模拟方式的正确性,并讨论了散体对车辆模态的影响:散体的存在使得相同振型对应的频率降低,且弹性体振型显著减少,这与本文中实验研究的结论也是一致的。研究结果为重载敞车的有限元模拟提供了新思路。