近年来,我国城市轨道交通迅猛发展,地铁作为其最主要的交通工具,以运行速度快且污染小等优点,被世界各国普遍认为是解决城市交通的最佳选择和根本出路。蓄电池是地铁车辆辅助系统中的重要设备,在紧急情况下为车辆的通风、照明、通信、监控等设备供电。蓄电池箱是蓄电池的承载构件,其结构的优劣直接影响列车运行的安全和可靠性。传统的蓄电池箱存在整体可靠性差、强度低、材料利用率低等缺点,无法满足高强度冲击振动的要求,再加上近年来列车的不断提速,车载设备急需轻量化等问题,对现有的蓄电池箱结构提出更高的要求。本文对此从以下几个方面展开研究:(1)在HyperMesh中建立了蓄电池箱箱体结构有限元模型。采用壳模拟箱体结构,建立了包括主框架结构、蒙皮结构、门板结构和小车结构有限元模型,为后续的分析优化设计奠定了基础。针对箱体复杂度,对其进行细节特征的简化处理,使网格划分更加合理,计算结果更加准确。(2)分析了蓄电池箱箱体的结构性能,指出了其设计缺陷。根据EN12663-2010要求,对建立好的有限元模型进行强度、刚度和模态有限元分析。计算结果表明,箱体刚度满足设计要求;箱体一阶固有频率为18.9Hz,易与车体发生共振,需对其优化设计,提高一阶固有频率达20Hz以上;箱体强度满足要求,但材料利用率低,需对其进行优化。(3)根据分析结果,对箱体进行结构优化。针对拓扑优化变密度法和单目标、多目标优化方法在轨道车辆上的应用,提出了基于变密度法的拓扑优化、尺寸优化、形貌优化相结合的优化方法,依托结构优化设计理论及OptiStruct优化软件对箱体各结构进行优化分析。研究结果表明,该优化方法实现了框架结构减重约31.5%,一阶固有频率提高到23Hz以上,实现了结构的最大轻量化。(4)开展焊缝疲劳强度和随机振动疲劳寿命分析校核。根据DVS 1612:2009要求,计算得到焊缝疲劳强度的最大利用系数为0.667,满足标准要求;基于Miner线性疲劳累积损伤理论,应用频域分析法计算得到箱体结构的疲劳寿命值。结果表明:优化后的蓄电池箱满足轨道车辆冲击和振动试验标准。