本文以某地铁受电弓及其弓头弹簧系统为研究对象，运用基于多目标优化设计、有限元技术和虚拟样机仿真分析方法的CAD／CAE技术，对模型进行了优化设计和仿真分析，得到了该地铁受电弓的结构优化参数，以及弓头弹簧参数设计分析的结果并在实际产品开发中得到了应用。 首先建立了受电弓结构的优化模型，研究了多目标优化设计方法，利用MATLAB优化工具对受电弓的结构参数进行了优化设计，得到了最优的结构参数，保证了升弓轨迹和升弓转矩等关键技术指标的实现；利用得到的最优结构参数，在UG中建立了受电弓的三维CAD模型，传送至ADAMS中，定义其质量、约束、运动关系以及受力等属性和信息，建立了系统的虚拟样机模型，利用虚拟样机技术，设置不同的工况条件，对优化设计得到的受电弓模型进行动态仿真分析，验证了优化设计结果，完成了以优化设计方法和虚拟样机仿真分析技术相结合设计受电弓的全过程；进一步运用有限元方法，在ANSYS环境下，对受电弓关键零部件的强度、变形等进行了校核，并模拟了侧向载荷等试验；在此受电弓模型的基础上，进一步建立了接触网-受电弓的简化虚拟样机模型，在ADAMS中对弓头弹簧刚度和对弓网之间接触的影响进行了仿真分析，得出了弓头弹簧刚度和受电弓运行速度之间的关系及相关结论，对受电弓的弓头弹簧设计有指导性的意义。