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经过全国铁路六次大提速后,中国高铁进入了飞速发展的阶段,列车运营速度的大幅提高对各零部件提出了更高要求。转向架构架作为列车的关键零部件,既要求具有较高的结构可靠性,又需要尽量做到结构的轻量化,而这二者存在一定的矛盾,研究如何在保证结构可靠性前提下,展开结构轻量化设计具有重要意义。本文以构架结构轻量化为目标,对构架优化设计空间的确定、结构可靠度的保证、材料使用效率的提高等关键问题进行了研究。首先根据转向架构架设计原则确定构架优化设计空间的确定方法,并以此为指导,制定了优化设计空间探索流程,使结构优化设计变量的选择更为合理。然后针对目前结构优化中约束条件不足的问题,参考构架设计原则提出以结构静强度、刚度、模态频率进行多重约束,实现了对构架优化约束条件的合理描述,保证了优化结果的结构可靠性。最后,将变截面设计方法运用于构架结构优化设计中,将各焊接板设计为不等厚度板,提高了材料的使用率。本文以某型高速动车组动力转向架构架为例,采用结构优化软件OptiStruct作为求解工具实现了多重约束下的构架结构变截面轻量化设计,通过对比优化前、后构架可知,在实现轻量化设计的同时,构架整体应力分布趋于均匀,材料利用更为充分,为高速动车组构架结构优化设计提供了一种可借鉴的方法。