随着轨道交通事业的迅速发展和人们生活水平的提高，高效便捷的轨道交通受到越来越多城市的青睐，并且对车体综合性能的要求越来越高。车顶骨架作为车辆内装的重要组成部分，尤其在支撑车顶风道等结构和减少振动方面起到了不可缺少的作用。减轻车顶自身质量一方面节约了原材料，降低了生产成本；另一方面也使结构各处应力的合理有效的分布，避免局部结构的应力集中而导致整体结构的破坏，因此设计出质量轻而各方面性能又达到要求的车顶是一项重要任务。本研究对某公司开发的新型地铁的车顶骨架结构进行了有限元分析，得到了产生应力集中的位置，并且制定了满足应力要求的优化方案，通过对比得出方案满足整体强度要求且优化后应力分布变得更加均匀，该优化方案具有一定的实用性为同类车型的车顶骨架开发提供了一定得参考价值。
       作为车辆内装的重要组成部分，车顶骨架主要包含三个主结构，由上到下依次为风道结构、中顶板结构以及扶手结构。车顶骨架结构采用模块化设计，便于最后整车模块化拼装。每个骨架模块中，风道结构由3根支撑梁承载，支撑梁的两端通过吊座用螺栓连接于车顶铝合金型材的滑槽中，中顶板结构的两边预置了两根安装的边梁，边梁通过螺栓与风道下部的顶板边梁连接，同时中顶结构两边与边顶板搭接，边顶板直接固定在侧墙，扶手上端安装在支撑梁凹槽中，下端与浮置地板相连。图为车顶骨架结构各部分的结构示意图，由上到下依次为风道和吊座结构，支撑梁结构，中顶板结构和扶手结构。
       由于该地铁车顶骨架结构是由板、梁组成的复杂三维空间结构，各个组件的厚度都比较薄，而且与长度相差太大，理论上各构件都可看作是薄壁板壳结构，因而可以全部采用板壳单元建立计算模型.将三维模型导入Hypermesh软件中，对实体几何进行抽中面，并根据实际情况针对各个中面进行连接，采用Altair公司的Hypermesh划分网格，网格划分前对各结构件进行模块分组，为提高整个网格划分的速度和保证网格的质量，缩短计算时间，需对该车顶骨架几何模型进行清理，去除对分析结果影响较小的倒圆以及小孔等几何区域，在本次有限元模型建模中，针对螺栓连接进行一定的简化，螺栓连接的两个部件，根据螺母或者垫片大小在连接处生成相应网格区域，并通过刚性单元将该区域的从节点与其中心处的主节点连接，用与螺栓相同截面的梁单元连接两个刚性单元的主节点，模拟螺栓连接处的实际受力情况，上图为几何中面，下图为有限元螺栓连接模型。扶手部分忽略外部装饰壳建模，只对钢结构件进行模拟，扶手安装座和扶手内套筒采用六面体实体单元进行划分，实体单元与二维壳单元以及一维梁单元的节点自由度不匹配，故在实体单元表面覆盖一层0.1mm厚的板单元，使实体单元的表面节点由原先的3个自由度转变为6个自由度，扶手安装结构如图所示，扶手安装结构中的销结构通过相同截面的梁单元进行模拟，扶手部分中三通座同时连接立柱扶手杆和横扶手杆三个杆件，三通座对与扶手杆有紧固作用，涉及到非线性接触，为了保证分析在线性域内进行，采用刚性单元模拟扶手杆和三通座之间的紧固作用，使两部分的自由度耦合，图为三通座与扶手杆连接示意图，红色部分为刚性单元及模拟螺钉的梁单元，针对上述结构进行拼装，生成车顶骨架单个模块，方便后期整备车辆模型的拼装。图为最后划分好网格的车顶骨架模块效果图，最后在Hypermesh中赋予材料属性和板厚，其材料特性见表。

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