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机车车体轻量化可以减少列车运行阻力，降低列车牵引功率，提高速度，改善列车的运行品质。近几年我国高速铁路的蓬勃发展，对机车车体轻量化的要求也越来越高。结合大同机车厂200km／h交流传动机车设计项目，在充分调研国内外机车轻量化研究现状的基础上提出了超拉丁方实验设计和可行方向法相结合的组合优化策略，并应用此方法对车体承载结构进行了轻量化优化，随后通过有限元强度分析来验证优化结果。结果证明，与传统方法相比，该方法对于求解类似非线性大型复杂结构的轻量化问题具有求解效率高和求解精度好等优点，具有广泛的应用前景。