车体轻量化是动车组设计过程中主要研究的内容之一,减少列车重量可以减小轮轨作用力并减小轮轨冲击磨耗、减少牵引功率等,是提高车体性能并保证高速运行的重要措施之一,对提高列车的安全、稳定和舒适运行很有益处。碳纤维复合材料具有重量轻、比强度及比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳等特点,其在动车组车体上的应用能有效降低车体重量,提高车体性能。本文主要研究内容如下:(1)建立了某动车组铝合金车体有限元模型,依据欧洲标准《EN12663-2010》,计算分析了整备及超载状态下的铝合金车体的强度,计算了整备状态下的铝合金车体模态,计算结果表明车体强度及模态满足相关标准要求。(2)基于建立的车体有限单元模型,研究分析了动车组车体应用碳纤维夹芯复合结构的减重效果。以T300-1K级碳纤维层合板为面板、铝蜂窝为芯材的复合结构作为车体主体结构,计算分析了应用新型碳纤维夹芯复合结构的车体模态。(3)研究了碳纤维复合材料面板铺层角度对车体模态的影响。计算并分析了四种碳纤维复合面板内层间铺设角度对车体前六阶模态频率及振型的影响,确定了([0/+45/90/-45/0/+45/90/-45]_s)的铺层方式最满足设计需求。(4)研究了整备状态下车体低阶关键模态频率对碳纤维复合材料面板各层厚度的灵敏度。以整备状态车体各部位碳纤维复合材料面板内各层厚度为设计变量,共计64个设计变量,运用数值微分法计算了整备车体一节菱形、一阶垂弯模态频率对各层厚度的灵敏度。(5)实现了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构车体的优化设计。基于灵敏度分析,以提高车体抗菱刚度与抗弯刚度为目标,以侧墙、车顶、车底架碳纤维复合材料面板各层厚度为设计变量,以重量和整备车体前两阶模态频率互为约束条件和目标函数,经过多种优化方案对比分析,实现了碳纤维复合结构车体的减重优化设计,实现了车体结构质量降低40%以上的目的。(6)校核了优化后的车体模态及强度。计算分析了整备状态下优化后复合结构车体的前两阶模态,并计算分析了超载状态下优化的复合结构车体纵向拉伸与压缩工况的强度,计算结果表明,车体模态及强度满足要求。研究表明,基于灵敏度分析,进行模态频率优化设计得到的碳纤维铝蜂窝复合结构车体不但实现了车体减重40%的目的,而且能显著提高整备车体前两阶模态频率,相较铝合金车体,车体的综合性能得到了较大提高。