矿用自卸车作为大型露天矿石场所运输工具的主力军,其国内市场长期被进口产品所占据。为了推动自主产品发展,国务院将矿用自卸车列入十六大重大技术装备关键领域,以促进企业加大研发力度。因此,运用先进的技术手段对矿用自卸车进行研究与开发能够提升重大装备制造水平,符合国家政策要求,具有重要的工程应用价值。矿用自卸车由于常年在矿山路面行驶,恶劣的工作条件对其结构性能提出了较高的要求。尤其是关键零部件A型架,其在运行过程中较早的出现了疲劳开裂现象,影响了整车品质与安全,因此有必要对其进行疲劳寿命研究。同时,近年来有关疲劳寿命的研究发现,低于疲劳极限附近的应力对构件同样会产生损伤,而传统的疲劳寿命预测没能考虑这一点,因此运用模糊理论研究结构疲劳寿命更能反应客观实际。随着仿真技术的日趋成熟,运用有限元方法及多体动力学分析对车辆及工程装备进行研究已相当普遍。然而,结合试验、数值分析、结构优化设计与模糊理论在非公路大吨位矿用自卸车上却鲜有应用。针对某国产矿用自卸车特殊的结构形式和工作环境,本文结合试验、数值模拟技术与模糊理论对矿用自卸车的A型架进行疲劳寿命研究。主要内容如下:1.建立了关键零部件车架、A型架及后桥壳的三维模型及有限元模型,并进行了实车道路试验,获得试验工况下关键零部件的应力分布情况。通过模拟试验工况对关键零部件进行了应力分析,同时对比应力分析结果和试验结果,验证了关键零部件车架、A型架及后桥壳有限元模型的准确性。2.构建了包含车架、A型架及后桥壳多柔性体的矿用自卸车刚柔耦合动力学模型。通过实车道路加速度试验,与动力学仿真对比验证了模型的准确性。同时根据矿山实际作业场的道路条件,以及自卸车的运行情况,构建了较符合实际情况的循环工况,并以此为基础获取了A型架的载荷谱,为其疲劳寿命预测奠定了基础。3.通过疲劳寿命试验,获取了A型架材料的S-N曲线,并根据A型架结构修正得到其构件S-N曲线。以此为基础,对A型架进行基于名义应力法的疲劳寿命预测,并提取到疲劳寿命最小位置处的应力时间历程,对应力统计分级。最后基于算例试验数据,构建了适用于A型架的新型隶属函数,以描述疲劳极限附近的应力对疲劳损伤的模糊性,应用到其模糊疲劳寿命预测中。4.建立了A型架结构拓扑优化模型,为使优化后的结构能满足设计疲劳寿命的要求,本文考虑疲劳损伤的模糊性,将结构设计疲劳寿命转化为拓扑优化时的应力约束。同时为使材料不至于冗余,将结构质量最小作为优化目标。最后进行多工况下的A型架拓扑优化,并根据优化结果建立新的A型架。优化后的A型架不仅提高了疲劳寿命,同时完成了轻量化的目标。