在冲击地压矿井中,随着开采深度的不断加深,冲击地压在巷道中发生频繁,对巷道造成巨大的破坏。ZHD4150门式防冲支架在巷道支护中抵抗冲击地压取得了显著的效果,但由于支架自身质量较大,在后架前移过程中存在不利于拆卸和搬运的缺点。本文对ZHD4150门式防冲支架进行结构优化与轻量化的分析研究。确定门式防冲支架的基结构,并对基结构进行分析,通过比较不同优化方法的优缺点,选择拓扑优化法对顶梁进行优化设计。介绍了拓扑优化基本原理与实际工程中几种常用方法,基于拓扑优化的变密度法建立了数学模型。建立顶梁有限元模型,利用ANSYS Workbench中topology模块进行了顶梁的拓扑优化;根据拓扑优化结果,参考其他支架的设计标准,完成了支架顶梁的整体设计。通过对优化后顶梁的强度、刚度校核,保证优化后顶梁的可靠性。分析底座承受底鼓的薄弱环节,运用triz发明创新理论对支架底座的整体结构重新设计。将底座设计为由销轴连接的五个部件,改变力在底座内部的传递位置,使结构受力更加合理。将优化后底座的主要受力构件厚度作为设计变量,通过DOE试验优化设计,利用克里金插值法生成响应曲面,确定主要受力构件的具体厚度。计算优化后门式防冲支架在预应力情况下前六阶模态的固有频率与振型,对支架进行水平面矿震响应谱分析,研究支架在矿震下的具体振型与最大变形量及其动态特性。优化后的门式防冲支架具有更大的支撑力,质量更小便于井下搬运,满足冲击地压矿井中巷道支护要求,对井下煤矿的安全开采具有重大的现实意义。该论文有图55幅,表10个,参考文献54篇。