截至2020年底,全国铁路网络运营总里程在世界舞台上暂位居第二,直追美国;而高速铁路网络运营总里程将继续领跑世界。据相关统计,全国铁路运营总里程已超140000公里,其中高速铁路运营总里程约达39000公里。随着产业的恢复和世界经济的发展,轨道交通行业的经济周期处于新的上升阶段。目前交通运输行业投资建设稳步推进,我国轨道交通产业在国家各项利好政策推动下稳步发展,并作为国家级名片积极主动地抢占国际市场。作为铁道车辆的核心组成部分,转向架是高速动车组安全可靠运行的重要保障,而构架作为转向架的最关键的核心部分,其结构性能将直接影响铁道车辆的运行安全性和舒适性。因此,转向架构架强度设计的首要目标就是结构安全。在高速列车设计和改进过程中逐渐引入轻量化技术,这需要从多个技术领域和分支进行研究,其中构件采用比强度高的材料是最直接的轻量化方式。若在转向架构架中引入新型轻质材料,可以通过减轻簧下质量而降低车辆重量,进而在提高运行速度、减少轮轨磨耗、提升车辆动力学性能、提高旅客乘坐舒适性、节约能源、增加载客量等诸多方面存在优势,从而契合高速和重载的发展趋势。参考飞机大厚度焊接部件及钛合金优异性能,本文将比强度高、耐蚀性优异的钛合金引入到某动车组转向架焊接构架,对其进行分析研究,主要研究内容如下:分析了铁道车辆构架疲劳研究的国内外现状;系统阐述了钛合金材料的多项特性,进而分析了其在轨道交通行业轻量化发展进程中运用的可能性;同时列举了国内铁道车辆中钛合金的应用现状。对构架用TC4钛合金及其TIG焊接接头进行一系列材料微观组织和基本力学性能试验,包括材料微观组织观察、材料硬度分布测试、单调拉伸性能试验;疲劳性能与断裂参量试验,包括材料高周疲劳试验、材料裂纹扩展速率试验以及材料的裂纹扩展门槛值参量测定,进而获得了较为全面的材料性能和参数。针对焊接构架建立六面体实体单元的有限元模型,并参照相关标准计算了16项静强度载荷工况,基于第四强度理论对钛合金构架和碳素钢构架进行静强度评估并对结果进行对比;参照相关标准计算了33项疲劳强度载荷工况,基于修正Goodman疲劳极限图对钛合金构架和碳素钢构架进行疲劳强度评估并对结果进行对比;基于线路实测载荷谱,借助Miner疲劳损伤准则对钛合金构架和碳素钢构架进行疲劳寿命评估并对结果进行对比。静强度评估结果表明钛合金构架和碳素钢构架的静强度均满足设计标准要求,且钛合金构架的安全系数约为碳素钢构架的2倍;疲劳强度评估结果表明钛合金构架和碳素钢构架的疲劳强度均满足设计标准要求,且钛合金的疲劳极限包络线远远大于碳素钢,即钛合金构架安全裕度更高;疲劳寿命评估结果表明两种材料构架各关键部位的疲劳寿命均满足构架安全服役35年的评估标准要求,且钛合金构架的预期寿命约为相同载荷谱作用下碳素钢构架预期寿命的20倍左右,因此钛合金构架满足强度和寿命要求,且安全裕度足够高,存在很大的结构优化空间。