车体是高速列车承载运送旅客,集成列车其它系统的重要部件。列车的高速化加剧了车体所受载荷的复杂性,而车体轻量化削弱了车体刚度,会导致车体固有振动频率与所受载荷的激励频率不匹配,加剧车体振动,恶化列车运行品质,限制乃至危及车体结构安全能力和车载设备功能的发挥。当前客户群体对高速列车需求的多样性、可定制性驱动了车体的快速、多概念设计,使得概念设计阶段车体振动特性的快速分析以及优化设计变得越来越迫切。而在现阶段,几何模型离散后有限元模态分析计算以及实车模态试验等方法存在周期长、效率低、灵活性差、动力修改重复性差等问题,无法满足在概念设计阶段车体振动特性的分析、预测以及优化的快速化、灵活性和便捷性。因此,围绕概念设计阶段的车体振动特性分析及优化,吸收和借鉴国内外关于车体振动的研究成果,根据梁振动、板壳振动和优化设计等理论知识,建立了一种适用于概念设计阶段的车体固有振动频率分析和优化设计的方法,并对其展开了系统而深入的研究。本论文的研究工作主要集中在“车体固有频率分析及其优化设计方法”上,其研究过程主要包括:(1)以某型高速列车车体为例,利用数值模拟和试验方法研究了车体振动特性,研究发现了车体弹性振动表现为垂弯、横弯、扭转、菱形、呼吸以及局部振动等形式。根据研究结果,从车体结构特征和垂弯、横弯、扭转的弹性振动形式来看,车体具有“梁”的振动特点;从车体结构特征和菱形、呼吸和局部振动的弹性振动形式来看,车体具有“板壳”的振动特点;鉴于此,将车体振动型式分别定义为“梁式振动”和“筒式振动”。(2)根据车体“梁式振动”特点,为有效反映车体平、断面的结构布局特征,将车体等效为变截面变参数的梁模型,给出车体“梁式振动”方程,并引入变截面梁振动求解方法进行方程求解,从而得到车体“梁式振动”固有频率的求解方法。将该方法进行一般简化车体和实车车体的算例验证,其结果与有限元法、模态试验相比,其误差能够满足工程设计要求,且计算灵活、效率高、周期短。该方法求解车体“梁式振动”固有频率方面具有计算灵活、效率高、时间短、易于程序化、占用资源少等特点。(3)根据车体“筒式振动”特点,为有效反映车体整体及其局部的板壳振动特征,建立了车体的各部件的有无开口、含吊挂质量块的等效板元模型,并给出其相应振动方程及其求解方法。在此基础上,根据车体结构特征,将相应板元模型组装得到车体总成板元模型,并给出总成板元模型的组装方法及其振动方程的求解方法,从而得到了车体“筒式振动”固有频率的求解方法。将该方法进行等效板元的算例分析验证,给出了门窗等开口布局、吊挂质量块布局对车体固有频率的影响,以及各板元振动特性对车体总成振动特性的影响。其结果与实车有限元法结果相比,其误差能够满足工程需要,且计算灵活、效率高、周期短。该方法求解车体“筒式振动”固有频率方面具有计算灵活、效率高、时间短、易于程序化、占用资源少等特点。(4)车体固有频率优化设计是一个多目标快速协同,进而得到最优的车体结构设计参数的过程。因此,在前述车体固有频率快速算法的基础上,将响应面法引入车体固有频率快速计算中,建立车体固有频率与设计参数之间的响应面模型。之后,将该响应模型与非线性约束、参数空间逼近等优化设计方法相结合,建立车体固有频率的多目标优化函数,并给出其求解方法。运用该法进行了实车车体结构固有频率的多目标优化,得到了最优的结构设计参数,表明了该方法的合理性、可应用性。本论文阐述了适用于概念设计阶段的车体固有频率分析及其优化设计的方法、流程和步骤。利用该方法可以在概念设计阶段较早的预测车体振动特性,并为车体的平、断面的布局工程优化提供设计建议,也为高速列车车体振动设计提供了新方法。