随着中国轨道交通行业的快速发展,刚性接触网与柔性接触网网相比,显现出更简单的结构、更大的载流量与更低的净空要求,因此在城市轨道交通领域应用得愈加广泛。而刚性接触网支持装置作为刚性接触网系统中的关键零部件,易发生疲劳失效的状况,但国内外对其疲劳方面的研究较少,支持装置的疲劳寿命不确定、结构继续适用性不确定等成为亟待解决的问题。本文以刚性接触网腕臂型支持装置为研究对象,提出基于功率密度的疲劳分析方法,并结合弓网动态仿真与模态理论对现有的刚性接触网腕臂型支持装置进行疲劳分析及结构设计优化。首先,根据传统的疲劳分析理论总结出基于功率密度的疲劳分析方法;其次,通过对刚性接触网中零部件的简化,利用有限元分析方法建立刚性接触网弓网动态仿真,得到不同速度等级下刚性接触网腕臂型支持装置所受的弓网动态抬升力,并绘制出应力-时间曲线作为支持装置疲劳试验台所需输入载荷谱。通过SOLIDWORK软件绘制刚性接触网腕臂型支持装置三维模型并将其导入ANSYSWORKBENCH中,根据组成支持装置上的各零部件具体位置,确定合适的载荷条件及约束关系,经静力学与动力学分析得到其最大应力集中区域与最大应变集中范围,并以这些关键点位为测试点,再根据实际工况条件搭建支持装置疲劳试验台,将应变片粘贴在所选择的测试点上,获取测试点信息为支持装置的疲劳分析、结构优化等提供真实数据支持。以功率密度理论为基础的疲劳分析方法作为主要分析手段,以支持装置疲劳试验台测得的实际数据为主要依据,对支持装置的疲劳寿命进行估计,得出其最疲劳极限最小为528.26h并以200万弓架次疲劳服役极限作为标准与其比对,验证该方法分析得到的结果与实际寿命相符。最后,利用模态理论对刚性接触网腕臂型支持装置的固有频率进行分析,结果显示其1阶固有频率(16.75Hz)与输入载荷最高主频率(15.99Hz)相近,因此会发生共振而导致疲劳失效,结合基于功率密度的疲劳分析所得到的结论,以提高支持装置疲劳极限、减少设计冗余为目的,对其结构设计进行优化。优化后的支持装置1阶固有频率(20.40Hz)得到提高并远离输入载荷主频率(15.99Hz)。该优化方案极大地降低了支持装置共振发生概率,且再次利用仿真和试验进行分析,验证了支持装置优化方案的合理性。