矿用自卸车是满足露天矿石场所作业、运输的主力军,是国家能源发展战略中关键设备。为了改变国内起步较晚,研发相对滞后的格局,矿用自卸车被国务院列入十六大重大技术装备关键领域,表明促进企业自主研发力度的决心。因此,科研人员运用先进的技术手段对矿用自卸车关键技术攻坚克难,能够提升我国重大装备制造水平,符合国家政策法规及市场需求,具有重要的工程应用价值。本文依托于国家863计划“大吨位自卸车开发”对大吨位矿用自卸车进行研究。传统设计主要以确定性的材料参数来进行结构疲劳寿命分析与确定性优化,没有考虑不确定性变量带来的结构疲劳寿命分散性,而疲劳寿命稳健优化设计考虑了实际工程中不可避免的不确定变量对结构疲劳寿命的影响,是一种兼顾可靠度的不确定性优化设计方法。同时在对不确定性变量描述上,以往学者大都人为限定变量范围,并未依照工程实际对变量取值区间进行研究。因此,在材料参数试验基础之上,对变量区间范围进行分析,并依此进行疲劳寿命稳健优化设计更具全局性和工程实际价值。A型架作为矿用自卸车转向系统中关键部件,控制着车辆安全行驶方向,同时也是矿用自卸车前桥系统的主要承载部件,承受着来自路面的强烈冲击,一旦发生开裂或折断,整车的正常运行将受到严重影响,造成数百万的重大损失甚至人员伤亡。在实际应用中也出现矿用自卸车关键零部件A型架的寿命开裂时间不一致情况,因此本文对A型架展开研究,达到保证其运行过程的疲劳寿命之外减少其对不确定性变量波动程度的目的。针对某国产矿用自卸车特殊的结构形式和工作环境,本文结合试验、数值模拟技术、区间不确定性理论对矿用自卸车的A型架进行疲劳稳健优化设计研究。主要内容如下:1.建立了包含A型架、车架及后桥壳的整车刚柔耦合动力学模型,并通过实车道路加速度试验,与仿真结果对比验证了模型的准确性。同时根据矿山实际作业场道路条件,以及自卸车运行情况,构建了计及装载工况的全工况路面组成,并以此为基础获取了 A型架关键铰接点的载荷谱信息,为后面的疲劳寿命分析和稳健优化设计奠定了基础。2.考虑了 A型架厚板间焊缝疲劳参数不确定性问题,结合Manson-Coffin公式,建立了高精度焊缝疲劳参数区间确定方法。首先,在双轴疲劳试验机上进行了基于应变控制的焊接试件疲劳寿命试验;其次,针对疲劳寿命试验数据分散性与随机不确定性,将少量试验数据随机化,扩充原始序列,并采用遗传算法,优化疲劳参数取值,得到准确的焊缝疲劳参数区间上下限;最后通过本文模型预测数据与试验数据对比证实该方法的精确性以及考虑焊缝疲劳参数不确定性的合理性,也为后文A型架疲劳寿命区间预测与疲劳稳健优化设计提供准确疲劳参数区间范围。3.建立了焊接试件的有限元模型,基于试验工况进行了仿真,验证考虑焊缝单元的必要性及本文焊缝建模方法的可行性;其次依据上述焊缝建模方法分别建立了 A型架考虑焊缝与不考虑焊缝两种有限元模型,并采用电测法进行了 A型架实车应力试验,通过应力仿真与试验结果对比,验证了计及焊缝单元的A型架有限元模型合理性与准确性;然后根据前文所获取的载荷谱,结合A型架焊接试件疲劳寿命试验,修正了构件ε-N曲线,并基于本文提出的考虑焊缝不确定性的区间中值模型疲劳寿命预测新方法对A型架进行了疲劳寿命估算,提高了预测精度;最后基于上文求得的区间界限,得到了 A型架准确的区间疲劳寿命数值,从而为后文稳健优化设计奠定了基础。4.对原始A型架结构进行了不确定性变量灵敏度分析,选择敏感度高的不可控变量参与优化;然后计算每组可控优化变量下A型架疲劳寿命对不确定性变量波动区间半径及均值,运用响应面法建立了A型架与优化变量之间数学关系,将稳健优化设计思想引入到矿用自卸车A型架设计开发之中,建立了区间疲劳稳健优化模型;最后运用遗传算法对模型求解,实现A型架疲劳稳健优化设计。