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随着我国汽车产销量的不断增加,使用铁路运输汽车的优势逐渐凸显出来。目前我国的小汽车铁路运输专用车主要有JSQ5和JSQ6两种车型。但上述两种车型应用时间较短,技术积累有限,且一旦发生断裂之类的失效问题会对行车安全造成影响。本文针对上述问题对车体的结构强度、动态响应特性和结构轻量化设计进行了如下研究:首先,开展了车体的强度分析和疲劳寿命预估。使用Solid Works软件构建出小汽车运输车的车体三维模型,在保证分析结果准确的前提下,对结构进行必要的简化处理,并切割出1/2和1/4车体的简化模型,建立出基于实体单元的车体有限元模型。使用ANSYS Workbench软件对车体结构进行静强度分析,根据TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》计算出7种载荷以及6种组合工况,观察各工况下的应力分布,结果表明各工况下的最大应力值都在许用应力范围内,即静强度分析满足要求。利用垂向静载荷对车体进行刚度校核,最大挠度为3.83mm,满足刚度要求。然后根据《规范》计算出垂向、纵向、横向的动载荷范围,并得到最大主应力为149.27MPa、最小主应力为82.78MPa,又选取8个疲劳校核点,计算出各点平均应力和应力幅值,根据修正后的Goodman-Smith疲劳极限线图进行疲劳校核,疲劳校核点均在疲劳极限线图内部,疲劳强度满足要求。再根据相关疲劳寿命计算公式对车体进行寿命预估,结果表明车体满足使用寿命。其次,通过模态分析和谐响应分析开展了车体的动态特性分析。在模态分析中,对车体开展了前18阶约束状态下的模态分析,车体为全钢铆焊结构,前六阶的振动频率对应刚体位移,为此频率为0,只列出7～18阶模态振型情况,其中第18阶模态频率响应变形程度最大,一阶垂向弯曲频率为19.08Hz,不小于相关技术要求的固有频率,满足动力学要求。然后对车体进行谐响应分析,研究垂向载荷对车体振动的影响,设定频率范围为0～400Hz,频率间隔为2Hz,简谐激励设定为空载和重载两种情况,并得到车体的频率响应位移图,结果表明,车体第7、13、16阶模态容易被激发,产生共振现象。最后,开展了车体结构拓扑优化设计。利用ANSYS Workbench中的Shape Optimization模块对车体进行拓扑优化。研究当车体质量依次减少2.5%～25%时的结构特征,得到需要优化的部分,并对车体进行模型重建,得到优化后的车体结构,相较于原车质量减少了6.18%,达到了轻量化的目的。最后对优化后的结构进行强度刚度验证、模态验证和谐响应验证,验证结果满足设计要求。