高速动车组制动盘是承担制动过程中列车能量转换的装置。在纯空气紧急制动过程中,将列车的大部分动能通过热的方式耗散到环境中,所以工况非常恶劣。对轮装制动盘而言,存在盘体轴向变形、螺栓轴向载荷较大等问题导致存在螺栓断裂等潜在危险,其机理涉及热-力耦合等非线性问题,求解非常复杂。本文以用于某高速动车组的ZHQ型轮装制动盘为例,对轮装制动盘轴向变形、螺栓轴向载荷存在的热-力耦合问题进行探究,克服了复杂非线性等困难,得到了理论方法和验证方面的一些研究结论,具有一定的学术价值与工程意义。本文的主要研究内容如下:(1)总结了轮装制动盘热-力耦合问题的国内外研究成果,确定了优化目标,提出了利用多目标优化方法进行结构优化设计以改善上述问题的技术路线。(2)通过试验探究了传热路径与变形规律,明确了优化研究的框架,得到了多目标优化模型。(3)建立了有限元仿真模型,实现了参数化建模与分析,作为后续获取研究数据的主要方法;通过求解与验证,得到了多目标优化模型的约束条件,首次提出了“散热筋杠杆效应”概念。(4)进行单因素显著性、双因素交互性、多因素权重性试验与分析,筛选影响优化目标的关键尺寸参数,得到了多目标优化模型的设计变量。(5)通过拉丁超立方法获取抽样点、响应曲面法拟合代理模型、交叉验证法评价代理模型,建立了代理模型,得到了多目标优化模型的目标函数。(6)使用NSGA-II求解多目标优化模型,经有限元仿真验证求解结果,得到了多目标优化模型的优化方案。研究表明:在分析轮装制动盘热-力耦合问题、结合多目标优化方法方面,随着计算机性能的大幅提升和算法的进步,数值仿真法的作用愈发凸显。经研究获取多目标优化模型的约束条件、设计变量、目标函数,并通过智能优化算法求解、仿真法验证,可实现结构优化设计,从而降低制动盘盘体轴向变形、减小螺栓轴向载荷,提高螺栓可靠性。