随着我国轨道车辆向着高速、重载发展,对铁路货运列车的可靠性和安全性提出了更高的要求。面对定制式列车需求数量的增加以及复杂的随机-载荷环境,如何保证新型货运列车在满足用户要求的同时,达到标准规定的载荷工况条件,并尽可能实现结构的轻量化设计是当前亟需解决的主要问题。为此,本文以新型铝合金煤炭漏斗车车体为研究对象,在总结传统设计经验的基础上,借助有限元分析和疲劳寿命评估方法,实现了初始车体性能的综合分析。在此基础上,利用响应面代理模型、智能优化算法和试验验证等方法,完成了初始车体的结构优化和性能评估。通过对车体结构的优化设计,并进行试验验证,以期提升其整体结构性能水平,进而保证货运列车的安全可靠性运行。主要研究内容如下:首先,基于TB/T1335-1996标准对车体结构进行静力学分析。根据车体三维几何模型对其结构特征进行处理,提取结构的主要性能参数,构建了有限元模型。依据TB/T1335-1996标准计算车体的加载载荷,确定其约束条件。利用ANSYS软件进行了有限元的静强度、刚度计算,并提取计算结果数据,与标准规定的许用值进行对比,完成了车体的静强度、刚度评估。其次,对车体结构进行了模态分析及稳定性校核。为了避免车体在运行过程中发生共振,基于模态分析理论,结合车体有限元模型,完成了漏斗车车体在无约束条件下的模态分析,获得了车体前16阶模态的自振频率和振型,并对其进行了校核。此外,为了分析车体的结构稳定性,基于屈曲稳定性原理对压缩工况下的车体结构进行了线性屈曲分析,确定了车体相对薄弱位置及屈曲因子。通过对比分析,实现了对车体结构的稳定性校核。再次,基于AAR标准的车体结构疲劳寿命评估。参照AAR标准,依据比例关系选取了新型铝合金煤炭漏斗车车体疲劳寿命评估载荷谱,依据标准提取了疲劳评估的载荷工况。在此基础上,结合车体有限元模型,计算得到了车体疲劳载荷条件下的第一主应力分布,并确定对其影响较大的焊缝类型及部位。基于线性累积损伤理论,利用AAR标准中的S-N曲线,对关键焊缝进行疲劳寿命评估,并与新造货车规定使用寿命年限进行对比。最后,车体结构优化设计及试验验证。依据漏斗车车体的综合评定结果,确定对其影响较大的部位,并对其进行结构优化。针对车体性能分析过程中的超标部位进行方案优化设计,以实现车体结构的力学性能均满足标准要求。在此基础上,以最恶劣工况条件下的结构受力为目标,建立车体结构尺寸关于最大应力的响应面代理模型,分别采用Screening、MOGA以及NLPQL三种优化算法对其进行寻优,确定最优的设计方案。基于最优设计方案对车体模型进行更改,并通过与初始车体结构性能的对比分析,验证了优化设计模型的可行性。同时,达到了车体轻量化的效果。对优化设计模型进行了样车试制,并对其进行了车体静强度试验。通过试验与仿真结果的对比分析,验证了仿真结果的准确性,进一步佐证了优化设计方案的可行性。