随着我国铁路事业的快速发展,高速、重载列车和城轨列车越来越多的投入运行,相应的是对轨道车辆的相关产品的质量和可靠性提出了越来越高的要求。焊接结构作为轨道车辆中应用最广泛的结构,由于其焊接结构以及制造工艺的特殊性,焊接残余变形与焊接疲劳这两大问题一直是焊接结构设计与制造面临的主要问题。对焊接变形的控制从本质上说是对焊缝质量的控制,而焊缝的质量控制是影响焊缝疲劳寿命最关键的因素。焊接残余变形是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。而焊后变形矫正,既不经济又严重伤害其工作可靠性,因此,科学地、定量地预测焊接变形规律,并在此基础上给予最优控制,对焊接构件的完整性设计和制造工艺方法的选择具有重要的理论价值与工程意义。同时,研究结果已经发现,焊接结构作为轨道车辆中最容易发生疲劳破坏的结构,是轨道车辆可靠性设计的关键环节。因此,需在设计过程中对其疲劳寿命进行科学的预测,并快速的进行方案对比。本文在对国内外焊接变形与焊接疲劳寿命预测研究现状综述的基础上,围绕焊接结构的疲劳和变形仿真计算等问题,分别以某种集装箱平车底架中梁和客车动车转向架为对象,开展了如下工作:首先,讲述了热传导理论、焊接变形仿真原理、可靠性设计准则和焊接结构疲劳寿命预测等基本原理,在此基础上详细阐述了基于“局部—整体”映射方法的焊接变形控制和焊序优化方法,以及基于IIW标准的焊接结构疲劳寿命预测的方法。然后,采用“局部—整体”映射方法,对某集装箱平底车中梁焊接结构进行分析和焊序优选。根据中梁结构形式,拟定并完成了外部焊缝所需的4种焊接接头,并在此基础上,采用高斯双椭球热源模型在SYSWELD软件对这些热源进行了仿真与校核。以此热源校核为基础,分别在SYSWELD和PAM-ASSEMBLY软件中对中梁外部焊道的局部模型与整体模型进行计算,并与实验结果进行比对,并从焊序、材料等方面对影响中梁焊接变形的因素进行优选。最后,对焊接疲劳评估方法进行了研究,介绍了基于IIW标准的焊接结构疲劳评估体系,和UIC标准加载模式。为了便于设计人员快捷的实现疲劳评估,本文以VisualStudio 2005为开发平台,以SQL Server 2005为数据库平台,开发了基于的IIW标准的焊接结构疲劳及工艺设计系统。该系统可有效的对焊接结构的疲劳寿命进行评估,本文介绍了系统的具体实现过程,并以某转向架焊接构架验证了该系统的工程实用性。