随着我国农业现代化水平的不断提高,对农机装备的安全可靠性提出了更高的要求。玉米收获机作为一种结构复杂的大型农机装备,近年来一直朝着高速、多功能、大喂入量的方向发展,作为其主要承载结构的车架受到的冲击载荷也越来越严重,直接影响整车的质量和性能,因此针对车架的结构优化设计并提高其疲劳耐久性具有重要的意义。本文以玉米收获机车架为研究对象,基于静力分析与动态应力分析对车架进行结构优化设计,预估其疲劳寿命。主要研究内容如下:首先,建立玉米收获机车架有限元模型,根据其实际工作环境分析受载方式,确定边界条件,开展满载弯曲工况和满载弯扭工况下的静力分析,根据应力分布云图得到应力集中点的位置并分析其产生原因,进而通过搭建载荷测试系统测取玉米收获机通过试验场路面时车架薄弱危险点处的载荷谱。然后,建立玉米收获机整车多刚体动力学模型,通过试验场路面实测载荷谱验证其有效性,对玉米收获机开展以不同车速通过不同高度路面时车架的动态应力分析,获取其受到冲击载荷时发生破坏的临界工况。其次,根据应力集中位置确定车架优化区域,基于变密度法开展结构拓扑优化,综合多工况形成最终拓扑结构;然后基于响应面法和多目标遗传算法对拓扑优化后的车架开展尺寸优化,得到设计变量最佳参数;对优化后的车架静动态分析表明,车架质量降低的同时,强度大幅度得到提升。最后,基于谐波叠加法推导出随机路面不平度数学模型,并通过三角网络法编制可用于动力学仿真的三维随机路面模型,并基于此获取玉米收获机车架与其他零部件各连接点处的仿真载荷谱,然后结合有限元计算结果和材料S-N曲线对车架开展疲劳耐久性分析,预估其疲劳寿命。