由于地铁车辆的运行速度、载客数量都在持续增加,要求车辆应具备的承载能力也在逐步提高。在设计过程中,通常以结构的静态承载能力为依据,但由于动力弹塑性屈曲与静力弹塑性屈曲(也就是静力极限强度)的差别,这样的设计过于保守,且浪费了大量的空间,材料自身的性能也没有得到充分的发挥。所以,作为车体结构中主要承载的端梁结构,对其动态极限承载能力进行研究意义重大。首先,本文对端梁结构基体材料的力学性能和本构模型进行了研究,运用Instron标准电子万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对铝合金6082-T6和不锈钢SUS301L-ST进行准静态拉伸试验和高应变率下的动态压缩试验(应变率约为102~104s-1),进而分析材料的极限强度、屈服强度、延展率和应变率敏感性等力学性能。通过对试验结果进行拟合,获得相应的本构方程,为后续动态极限承载能力的理论分析和有限元仿真提供材料模型和相关参数。然后,本文完成了端梁结构的动态极限承载能力的分析与仿真,依据地铁B型车的真实端梁结构,进行结构简化设计,创建端梁结构的实体模型。基于超折叠单元理论对端梁结构的承载能力进行了理论分析,推导了不锈钢端梁结构动态承载能力的理论预测公式,并分析了各参量对动态承载力的影响。创建端梁结构的有限元模型,并分别进行准静态压缩和动态冲击工况下的有限元仿真分析,提取这两种工况下的承载力和变形情况,与理论预测结果进行了对比分析。基于端梁结构的承载力仿真结果,提出了结构动态增强率的概念,并分析了冲击速度对端梁结构动态增强率的影响。最后,本文完成了端梁结构承载能力试验测试和地铁车辆车体结构的仿真分析。根据试验设备的量程范围,对端梁结构进行缩比和简化设计。通过电液伺服多通道加载试验机和落锤试验装置,完成了端梁缩比模型的准静态压缩试验和动态冲击试验,得到两种工况下结构的承载能力,并对理论预测结果和有限元仿真分析结果进行了验证。本文还将端梁结构应用到地铁车辆中,参照端梁结构的仿真计算过程,对车体结构的承载能力进行了仿真求解。此外,以理论模型为基础对端梁结构的承载能力进行了优化设计以实现高承载和轻量化。并将优化后车体结构的动态承载力分别与优化前的静、动态承载力进行对比分析,证明了优化设计的合理性,其动态冲击工况下的承载能力满足相关车体耐撞性标准。