本文以H-Bahn车辆改进型转向架为研究对象,主要完成其总体设计以及有限元分析,并在最恶劣超常工况下,对构架结构分别采用不同结构优化方法,从不同角度经过多次优化调整得到构架结构最优解。最后对优化后构架静强度、疲劳强度以及优化前后构架模态进行分析。本文研究重点和结论主要有以下几点:1.设计并分析了H-Bahn车辆改进型的转向架以及其结构组成,分析得到构架超常工况和正常运营工况下所受载荷,设置边界条件后,分别完成构架静强度校核和疲劳强度校核,结果表明构架强度符合要求。分别对优化前后构架进行模态分析。并且结合预优化分析,构架整体结构具有优化潜力。2.采用基于变密度法的拓扑优化方法,根据构架实际结构情况以及各结构尺寸与布置位置,添加板材拟合方形梁并进行优化得到初步收敛结果,对应力校核中出现明显应力集中的制动闸瓦座与横梁焊接处进行局部优化调整后,对新的构架结构进行第二次拓扑优化得到可行解,并考虑减少新增结构并分析方案1和2,对比求解结果,采用方案2中构架结构,此时新的构架整体结构最大应力从265.4 MPa降为164.6MPa,优化效果明显。3.作为转向架承载和支撑的关键部件,构架轻量化对于降低整车质量起着很大作用,因此在保证构架强度符合要求的前提下,对构架进行轻量化优化设计。本文主要进行的轻量化设计分为第一次和第二次构架主要板梁多目标厚度优化。第一次多目标厚度优化与预优化、初步拓扑优化均为后续优化内容做好铺垫,第二次多目标厚度优化主要目的为轻量化设计,并对构架整体最大应力进行限制,以兼顾轻量化与低应力集中的目的,得到最终构架有限元优化最优解。4.对于最恶劣工况下完成多次结构优化后的新的结构,还需在完整超常工况下对构架进行静强度校核,由于吊架中心销板及电机固定轴板处厚度削减变化幅度过大,导致在部分工况下出现较为明显的新的应力集中,尺寸调整后再次静强度校核得到较好结果,最大应力仅为161.2 MPa。优化后构架总体积降低了12.4%,构架整体最大应力降幅度为104.2 MPa,最大应力降低了39.3%,取得了较好的构架优化结果,且优化后模型满足原有构架尺寸约束,并考虑加工工艺,新增区域加强圆角方形梁可用Q345材料无缝钢管焊接于构架原有结构,便于构架装配制造。