轨道列车在轨道上安全平稳的运行是列车设计者面临的首要也是重中之重的问题。由于道路环境复杂多变和车体结构复杂,列车在行驶的过程中会受到各个方向、大小不同载荷的作用,使列车产生振动,进而危害列车运行安全。列车转向架作为车辆的走行部件,其振动特性直接影响列车行驶的安全性、稳定性以及乘客乘坐的舒适度。本文以某型转向架构架作为研究对象,基于ANSYS参数化设计语言(APDL),对转向架构架的动态特性及优化设计进行研究。本文主要研究内容与及结论如下:(1)运用ANSYS参数化设计语言(APDL)选定以横梁管壁厚度、横梁间距、横梁直径、侧梁盖板厚度、侧梁立板厚度、纵梁间距与一系弹簧系统三向刚度为变量参数,建立起转向架构架的参数化模型。并对转向架构架进行自由模态与约束模态两种状态下模态分析,得到两种状态下构架的固有频率及模态振型。分析转向架构架模态振型特点:得到构架的7～10阶模态产生较大变形且固有频率接近工频或二倍频,对列车行驶安全性有较大影响,为后续构架动态特性优化提供理论依据。(2)采用模态灵敏度分析以及正交仿真试验两种方法对构架动态特性影响因素分析。利用ANSYS概率设计模块(PDS),采用蒙特卡洛概率设计方法以及拉丁超立方抽样法,执行200次仿真循环,得到较为准确的构架模态灵敏度分析结果。对构架的9个结构参数分别选取了4个水平数并进行正交仿真试验。通过对试验数据的方差分析与极差分析,得到影响构架模态影响因素重要程度排序。结合构架灵敏度分析与正交仿真试验分析结果确定了分别对构架7～10阶模态影响较大的关键结构参数为:横梁管壁厚度、横梁直径、侧梁盖板厚度、侧梁立板厚度与一系弹簧系统三向刚度。(3)采用线性加权法,将构架7～10阶模态频率优化的多目标优化问题转化为单目标优化问题,建立起包含构架7～10阶模态频率的优化目标函数,并以构架初始质量为约束条件,构架关键结构参数为设计变量,对构架的动态特性进行优化。基于ANSYS优化模块(OPT),采用零阶优化算法,经过12次优化迭代结果收敛。参照国际铁路联盟UIC615-4提供的强度校核方法,对优化后转向架构架进行静强度与疲劳强度校核。优化后构架7～10阶模态频率平均提高了17.4%,构架质量减轻5%且静强度、疲劳强度均满足强度要求。(4)利用多学科优化软件Isight集成有限元分析软件ANSYS对构架进行多目标优化,采用第二代非支配排序多目标优化遗传算法(NSGA-Ⅱ),以构架7～10阶模态频率最大,构架质量最小为目标函数,以强度分析中超常载荷工况下构架静力分析后构架的等效应力小于其许用应力为约束条件,构架7～10阶模态关键结构参数为设计变量,对构架的动态特性及质量进行优化。经过20代(ANSYS240次批处理运算),得到构架7～10阶模态以及构架质量的Pareto解集,选择其中一组非支配解,该解对应优化结果构架质量减少了3.6%,第7～10阶固有频率平均增加17.2%且结果满足强度要求,研究结果及方法为构架动态特性的改进提供参考。(5)文中采用(3)、(4)两种优化方法对构架动态特性进行优化,线性加权法将多目标优化问题转化为单目标优化问题,该种方法优化效率高,操作简便,但是权重的选取依赖人的主观判断,权重选取不同优化结果也不同。第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对解决多目标优化问题有广泛的应用,优化结果包含各种不同权重下最优解,为设计者提供更大的设计选择空间,设计者可根据设计需求选择合适的最优解,其优化方法更科学。