随着社会的进步,经济和技术也飞速发展,现在机械行业的要求也越来越高,为了顺应国家的政策,在市场竞争中处于优势地位,在对半挂车进行设计和改进时要符合大趋势,现在对于半挂车的质量和可靠性提出了更高的要求,所以对半挂车进行轻量化设计和保证车架的可靠性是非常重要的。本文根据我国现在的相关政策、现在市场上对半挂车的要求和半挂车发展趋势对本课题研究的背景和意义进行阐述,搜集整理了许多关于半挂车分析和优化的文献,并对半挂车在国内外研究技术的现状进行分析整理。然后针对某一车型的半挂车车架用APDL编写可靠性分析文件,对半挂车的纵梁进行有限元建模和在ANSYS中的PDS模块利用蒙特卡洛法进行可靠性分析,验证了本车型设计的可靠性,为以后半挂车车型的设计和可靠性分析提供了一定的理论基础。为了能够更符合该半挂车车型的分析,根据车架的原模型建立拓扑优化模型,该模型在保证纵梁不变的前提下,将车架横梁区域作为拓扑优化设计区域,采用退化法中的变密度法对车架进行拓扑优化,将半挂车的整体柔度最小作为目标函数,将设计区域的体积分数作为约束条件,为了能够满足半挂车的使用要求,本文在进行有限元分析和优化设计时,模拟对半挂车影响最大的四种工况,施加相应边界条件并进行分析。根据四种工况下的拓扑优化数据对拓扑优化后的模型进行模型合理化整理,使其便于加工,然后将整理好的拓扑优化后模型进行有限元分析,将拓扑优化后的模型与原模型的刚度、强度和质量进行对比,得出拓扑优化后的模型比原模型的刚度和强度更高,质量也得到了减轻,得出拓扑优化的合理性。由于拓扑优化后的模型的刚度和强度都增加了,拓扑优化后的模型还有一定的优化空间,使用HyperWorks中的OptiStruct模块根据尺寸优化准则对拓扑优化后的模型进行尺寸优化,并将原模型也进行尺寸优化,在优化时,优化模型的目标函数为车架的质量,约束条件设置为应力和变形,状态变量为进行尺寸优化的车架中构件的厚度。得出拓扑优化后再进行尺寸优化比只进行尺寸优化减重更多,使得半挂车的质量进一步减轻最终比原车架中优化设计的构件总质量减轻了18.31%。半挂车在运输时,会受到来自地面的激振从而产生的振动对半挂车的安全有很大的影响,将原模型、拓扑优化后模型和尺寸优化后模型进行自由状态下的模态分析,并使用BLOCK LANCZOS法对前十阶对半挂车影响最大的结果进行提取,由振型图和固有频率可知该模型能够满足半挂车的安全要求,根据分析得出的振型图和固有频率可知拓扑优化和尺寸优化对模态也有一定影响,且拓扑优化比尺寸优化对模型的模态影响更大,为以后车架的模态方面研究提供了一定的理论依据。