内燃机车具有运用灵活,投资少等诸多优点,为满足我国铁路高速重载的要求,某型内燃机车采用承载式结构。作为承载式机车主要零部件,整体式燃油箱位于柴发机组安装座正下方,并与底架刚性连接。燃油箱作为储蓄燃料的容器,含有大量油液,柴发机组工作时所产生的振动载荷直接传递到燃油箱,使得燃油箱始终处于液固耦合作用下的恶劣服役环境中。本文以某型内燃机车燃油箱结构为例,基于试验与仿真分析,采用原结构和缩比结构研究其振动特性和疲劳寿命。首先设计燃油箱缩比模型箱结构,利用锤击试验和多轴扫频试验得到模型箱固有特性参数,修正有限元模型。通过扫频试验和模态仿真分析,模型箱试验与仿真模态频率基本一致,随着油液高度增加,模态频率逐渐降低,且随着油液增多,降低幅度变大。其次利用多轴振动试验台和瞬态动力学分析模型箱在各轴向激励下不同油液高度时焊缝的动应力响应,发现模型箱在低频激励下随着油液增加动应力响应增大,且模型箱在垂向激励下的动应力响应最大。当激励频率高于模型箱一阶模态频率时,焊缝动应力响应随油液变化规律与低频激励下不一致。然后对机车进行自负载试验,测试得到柴油机不同档位下安装座的加速度响应和各油液状态下箱体的加速度响应,以及箱体关键部位应力响应。通过对柴发机组安装座加速度响应分析,发现随着档位降低,加速度量级也逐渐降低。根据频谱分析,发现柴发机组安装座和箱体加速度响应均呈倍频分布,且靠近污油箱一侧振动剧烈。结合虚拟质量法,得到燃油箱振动疲劳寿命。最后对燃油箱进行局部补强,使优化燃油箱的仿真疲劳寿命满足设计要求。并通过对优化模型箱进行正弦振动试验和瞬态分析,对比模型箱动应力响应,发现补强结构在垂向的优化效果最好,均方根值平均优化比达到39.37。