本文针对某重型汽车厂载货汽车车架在实际使用过程中出现的破坏等现象，利用美国大型有限元分析软件ANSYS对其进行静、动态的分析，找出车架破坏的主要原因，并提出结构改进方案，通过对各方案的分析对比，提出合理的结构改进，对改进后的结构进行优化设计，最后根据优化结果生产样车，进行试验验证。本文所取得的主要研究成果如下。对车架及平衡悬架进行有限元仿真。根据车架结构特点，采用壳单元建立车架的有限元模型。采用弹簧单元COMBIN14和刚性杆单元MPC184，利用节点耦合的办法来模拟平衡悬架与车架的联接，目前有关模拟平衡悬架的报导还不多见。通过对车架在各种工况下的静态分析，得出载荷作用下车架的四个大应力区，这些区域与车架在实际使用过程中曾发生过破坏的位置相吻合。对车架进行动态特性分析得出车架的各阶固有频率及振型。确定了路面不平度及发动机的激励频率范围，计算在此激励下车架的响应，得出大应力点在外界激励时其应力响应幅值较大的结论。在分析车架破坏的主要原因基础上，提出改进车架结构的若干方案，通过对各方案进行分析对比，得出通过增高车架纵梁的高度以及加长车架长度的方法，可以明显改善车架的受力及变形情况；V型弯管梁比U型弯管梁受力更合理，在弯管梁与联接板处加支撑板可以大大降低联接处的应力值；第四横梁下片与腹板联接可以大大降低联接处的应力值；联接板采用角板结构把纵梁下翼面与腹板联为一体，结构更合理。这些改进大大地降低了车架大应力区的应力值，也为同类产品的设计提供了理论依据。采用ANSYS软件提供的子问题近似法，首先对车架的局部结构进行优化，然后针对整个车架提出十个方案，分别进行优化计算，解决了通用软件不能同时进行结构改进及优化的难题，通过分析对比选出最优方案，优化后车架质量降低了10.43％(0.22t)。对样车进行静、动态试验，并与有限元分析结果相比较，吻合较好(除个别测点外，应力最大相差18％)，验证了车架的计算模型、边界条件及模拟方法等的正确性。在车架的一般计算中，不考虑货箱的加强作用。本文通过有无货箱时的计算值及实测值的比较，得出对于车架上不同的部位，货箱对其应力的影响也是不同的(平均应力下降29.8％)，在初步的设计中可以把货箱对车架的影响按30％来考虑。为其他车型车架的设计提供了参考。将子模型分析技术引入车架的分析中来，对平衡轴处的局部结构进行了分析，通过与测试结果的比较，说明利用子模型结构可以得到局部更精确的结果。该方法为车架局部的精细研究提供了新思路。