重型牵引车作为重要的交通运输设备,在物流、建筑及运输等各行各业得到广泛的应用。随着生产制造技术和用户需求的不断提高,重型牵引车日益向更高负荷、更高效率、更高可靠性和高速轻量化的趋势发展,以满足各项性能要求,确保系统安全可靠的运行。重型牵引车作为衡量一个国家陆路交通运输能力发达与否的主要指标之一,其结构设计性能直接反映了国家制造水平的高低。如何快速有效的开发出性能优异、竞争性强、安全可靠、结构轻量的新产品,俨然成为摆在汽车研发人员面前的重要问题。现有的车辆系统设计方法主要有实车实验设计、虚拟样机技术、集中参数数学模型及有限单元法。实验测试方法虽能准确有效地反映车辆系统中各部位的动响应,并通过疲劳加速实验预测结构的疲劳寿命,但该方法需要耗费大量的人力、物力和财力,较长的实验测试周期已不能满足当前高效的设计需求。虚拟样机技术是一门综合多学科的技术,核心内容是建立实体模型、力学模型和模拟分析,可以非常方便的对机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,能有效的提高产品的设计周期,但虚拟样机模型不能直接用于车辆系统的疲劳损伤分析和轻量化研究。集中参数数学模型是对研究对象的高度抽象,具有研究方法多样、研究成本较为低廉、研究周期短等优点。但该方法的研究结果受模型的简化程度、模型参数的选择等因素影响较大。有限元仿真分析技术是一种强大的数值计算方法,能有效的模拟非常庞大复杂模型的动力学特性,其仿真模型和动响应结果可直接用于结构的疲劳损伤研究和优化设计。有限元分析技术已广泛地应用在各国的工程实际中,另外,在新产品的研发设计中发挥着举足轻重的作用。因此,本文以某重型牵引车为研究对象,考虑悬架、驾驶室、油箱、负载等部件对系统的影响,采用子结构建模方法,建立了整车系统的动力学仿真模型。通过重型牵引车整车实验测试手段,获得了整车系统的典型道路载荷谱。基于模态综合法和瞬态动力学分析方法,研究了整车系统的固有特性和动力学特性。基于整车系统的动响应结果,采用多轴随机疲劳寿命分析方法,以轴头载荷功率谱密度为输入,研究了整车系统的累积疲劳损伤和可靠性。最后,以重型牵引车车架危险部位的累积疲劳损伤值为望目质量特性指标,基于稳健性优化方法对重型牵引车结构进行稳健性和轻量化设计,提高了整车系统的抗干扰能力。开展的主要工作如下:（1）针对某重型牵引车整车结构,采用子结构建模方法建立了完整的重型牵引车整车缩减动力学仿真模型。基于模态综合法和模态分析方法,对比了采用子结构方法和传统建模方法建立的整车系统的固有特性。另外,针对重型牵引车系统制定了详细的实验测试方案,采用实车结构进行了典型路面的道路实验测试,获得了具有代表性的激励载荷谱,为整车系统动力学特性分析、疲劳损伤分析及结构稳健性优化奠定了基础。（2）基于重型牵引车整车缩减动力学仿真模型,采用模态综合法和瞬态动力学分析方法,研究了整车系统的动力学特性。讨论了阻尼和模态截断数等因素对系统动力学响应的影响。将仿真获得的系统动响应结果与实验测试结果进行对比,验证了本文提出的基于子结构建模方法建立的重型牵引车整车缩减动力学仿真模型的有效性和动力学分析方法的正确性,也为系统参数的选择提供了重要的依据。（3）针对发动机曲轴,建立了简化的弹性盘柔性轴转子系统动力学分析模型,利用模态综合法求解了转子系统的固有特性;采用短轴承近似理论得到滑动轴承油膜压力分布,并将计算获得的轴承对转子系统的油膜反力作用于弹性转子系统中,分析了滑动轴承转子系统的非线性动力学特性,讨论了圆盘偏置量和转速对转子系统动力学特性的影响,为研究曲轴转子的动力学特性奠定了一定的基础;另外,针对某重型牵引车系统中的电瓶部件,建立了相应的动力学仿真模型,采用瞬态动力学分析方法,研究了该结构的固有特性和动力学响应,并与实验测试结果进行对比验证。（4）以某重型牵引车整车系统为研究对象,采用多轴随机疲劳寿命分析方法,以测试信号频域功率谱密度为输入激励,研究了整车系统的累积疲劳损伤特性。讨论了自重因素、载荷相关性因素对累积疲劳损伤的影响以及不同评测位置对评价系统疲劳寿命的影响。根据系统易损部位的概率寿命,应用系统可靠性建模方法,建立了多部位损伤结构的概率寿命预测模型,获得了整车系统在不同寿命下的可靠度及指定可靠度下的确定性寿命。（5）针对重型牵引车车架结构,考虑由制造误差导致的尺寸波动、材料性能的差异以及驾驶员驾驶行为的差异等因素对结构累积疲劳损伤的影响,采用系统稳健性优化方法,对整车车架结构进行了稳健性优化设计,优化后的车架结构提高了一定的抗干扰能力,且实现了结构的轻量化。