随着社会经济的快速发展,起重机作为用于码头集装箱的搬运,以及铁路货场吊装的重要设备,在社会生产生活中占有重要地位,所以对起重机的性能要求也十分的高。由于目前的一些起重设备都存在自重大而应力小、变形小或者自重轻而应力大、变形大的问题。本文以桁架式起重机主梁为研究对象,结合目前现有的拓扑优化设计方法在工程结构中的应用,采用变密度法,运用ABAQUS有限元软件对起重机的主梁进行拓扑优化,运用ANSYS有限元软件对桁架式起重机进行建模、静力学分析。经过校核拓扑优化后的主梁金属结构的应力及变形量满足要求,然后与工程实际中的桁架式起重机进行对比分析,得出拓扑优化后的桁架式起重机符合工程实际要求。通过对起重机整体的有限元结构模型进行优化计算,结果表明质量有所减轻,实现了工程应用中的轻量化设计。本文主要研究内容如下:(1)介绍了起重机的国内外研究现状以及发展趋势,阐述了结构优化的分类与拓扑优化所采用的求解算法。对本文所采用的有限元软件进行介绍,并且以工程实际为例,设置桁架式起重机的各项参数值,建立桁架起重机的有限元模型,计算静力学的各种许用值。(2)通过采用拉格朗日乘子法推导出优化的迭代公式并创建了主梁的拓扑优化设计的数学模型,运用ABAQUS有限元软件对主梁进行拓扑优化。通过分析不同情况、不同工况,不同的参数条件的条件下得到主梁的最优拓扑结构也不同,当主梁在有隔板的情况下,且缺省比为0.65时,主梁拓扑的结构最好。(3)对优化后的主梁运用ANSYS软件建立整机模型,并对其进行静力学分析,校核通过后将其与工程中的桁架式起重机的计算结果进行对比分析,发现拓扑优化后桁架式起重机的应力与变形较工程实际中的结构要小,得出拓扑结构比较合理。(4)为实现轻量化的要求,对拓扑优化的桁架式起重机重新进行尺寸设计,以梁单元的截面尺寸以及隔板间距为设计参数,以许用应力与许用变形为约束条件,以减轻质量为设计目标进行有限元优化。优化结果表明整机质量有了大幅度的减轻。