目前国内轨道车辆转向架构架的设计和评估均采用国际技术标准和规范,从模型设计到批量生产需通过仿真计算、疲劳可靠性试验验证、投入运营初期的线路型式试验三个阶段的疲劳可靠性考核,但实际使用情况表明,在运用一段时间后,仍会出现大面积疲劳可靠性不足的现象,甚至局部出现一些裂纹,这反映出国内外转向架构架现有的强度技术规范和标准不能有效覆盖国内车辆的全运用工况。转向架构架载荷谱是进行构架可靠性设计和疲劳试验评估的关键基础。本论文通过构建构架基本载荷系,采用直接测试独立载荷技术,基于高精度标定方法和测试技术获得多运用工况下、典型运用周期的载荷-时间历程和关键部位的动应力数据,建立了高精度分立载荷谱,用于指导构架结构设计及可靠性提升;基于载荷作用模式建立了多通道协同加载台架试验谱,试验谱可以覆盖实际复杂运用条件下的结构损伤,可用于疲劳可靠性试验验证;建立了构架可靠性寿命预测模型,用于寿命预测及指导产品维修与更换。主要研究内容如下:(1)研究制作高精度测力构架及搭建测试系统,确定载荷测试方案,针对载荷特性分析与谱的建立需要工况分离的需求,完成对实测载荷波形的切分与提取,分别在时域和频域上对各载荷的特征统计量进行计算分析。(2)基于损伤一致性原则,分别采用最小二乘法、罚函数法、遗传算法、模拟退火算法及改进的禁忌搜索算法五种优化算法进行全局优化,最终采用改进的禁忌搜索算法建立校准载荷谱,校准载荷谱产生的损伤可以完全覆盖线路实测损伤,且大应力测点位置损伤比可控制在1～2.2之间,计算结果精度远高于另外四种优化算法。(3)基于校准载荷谱作为载荷输入条件对构架进行结构改进,根据应力分布特点,逐次完善改进方案,经仿真计算验证合格后确定最终改进方案;为便于设计人员开展构架抗疲劳设计,提出依据车辆系统中各设计参数计算载荷系数值的方法。(4)为缩短疲劳可靠性试验周期且能够较为真实反映构架实际服役条件,本文提出一种复杂的基于载荷作用模式的多通道协同加载台架试验谱。根据实际载荷、实际等效应力,通过引入调幅、调频参数并且以损伤一致准则为约束条件建立非线性优化模型对载荷进行优化,模型基于深度学习、贪心算法和Python编程环境,优化后的变幅等频次台架试验谱可以覆盖所有测点实测等效应力。该试验方案完全可以反映构架实际受载情况,模拟精度较高,可用于疲劳可靠性试验验证。(5)通过对构架疲劳损伤进行分析,基于应力-强度干涉理论和疲劳可靠性模型,建立关键应力测点的寿命预测模型对构架进行寿命预测,得到疲劳薄弱点的寿命分布函数、可靠性曲线及剩余寿命分布曲线,通过对应力测点的剩余寿命预测指导构架的维修与更换。本研究在面向运用条件的城轨车辆载荷谱建立方面初步取得突破,为建立我国城轨车辆转向架构架可靠性设计与评估标准提供理论依据,对全面提升我国城轨车辆设计水平具有良好的理论指导意义,对满足我国城市轨道交通建设和符合我国“走出去”战略具有较高的工程应用价值。图99幅,表32个,参考文献82篇。