在现代机械工程领域中,以试验方式进行机械设备的优化设计时,具体步骤一般为:试验设计与实施,使用试验数据进行建模,根据建模结果进行优化分析。本文主要关注试验设计部分的研究:在嵌套试验设计方法的基础上,对其中高精度试验点的取样方法进行了改变,以车架为试验对象进行了有限元嵌套试验,取得了较好的建模效果;对比了嵌套设计与经典试验设计方法的优劣;使用嵌套设计进行了实物模态分析试验。本文首先介绍了国内外试验设计和车架结构试验领域的研究现状。在试验设计方面,对比分析了不同试验设计方法之间的优劣性,介绍了嵌套设计这一包含不同精度试验的试验方法。对嵌套设计中高精度试验点的取样方法进行了改变,在最终建模时舍弃了低精度试验的数据。以车架为试验对象,进行了嵌套的有限元模态分析试验和静态响应分析试验,接着使用试验数据进行回归建模,最后以回归模型为依据进行了车架尺寸优化设计,取得了较好的优化结果。以车架为试验对象,进行了拉丁超立方试验和正交试验,这两种试验设计方法也是在实际工程中较常用的方法,分析对比了嵌套设计相对于这两种方法的优缺点。嵌套设计相对正交设计能节省试验的成本,提高建模效果,嵌套设计相对于拉丁超立方试验,有更好的建模效果,但增加了低精度试验导致试验时间成本提高。在试验实施方面,针对实际应用的需要,搭建了实物模态分析系统,进行了实物模态分析嵌套试验。对嵌套设计在实物试验中的应用进行了探索。本文主要的工作内容归纳如下:1)对两精度嵌套设计中高精度试验点的取样方法进行了改变,使其具有更好的回归建模效果。2)使用嵌套设计进行了车架优化设计。3)分析对比了嵌套设计与经典试验设计方法的优劣。4)对嵌套设计在实物试验中的应用进行了探索。