起重机是广泛使用的起重设备,而起重机箱型梁的重量占起重机总重的一半还要多,起重机箱型梁结构的性能影响到整个起重机的性能,故对其进行合理的优化设计是很必要的。文章依据有限元理论和拓扑优化思想,以30t双梁桥式起重机箱形梁为研究对象,选用固体各向同性微结构(SIMP)材料插值模型,建立体积为约束柔顺度最小化的优化模型,采用OC准则求解得到最优拓扑结构,对拓扑优化中出现的棋盘格现象和网格依赖性选择灵敏度过滤进行处理,并通过编写的MATLAB程序实现箱形梁的拓扑优化,使箱形梁结构整体刚度得到提高。

为了兼顾龙门加工中心立柱结构具有更高的静动态刚度和更轻的重量的要求,基于SIMP变密度法拓扑优化理论,结合平均频率公式对各优化目标进行折衷化处理,并利用层次分析法选定子目标权重,建立了以立柱结构的相对密度为设计变量,同时考虑最小柔度和最大频率的多目标函数,并将结构体积的百分数作为约束函数对其进行优化得到新的立柱结构方案。结果表明：改进后的立柱质量减少8.96%,最大变形降低38.63%,一阶固有频率提高6.87%,满足设计指标要求。

四立柱液压机下横梁为箱型结构，通常采用经验和类比进行设计，结构合理性有待验证，而使用拓扑优化方法可以在结构初期设计阶段就找到材料的最优分布。使用变密度法拓扑优化理论，基于SIMP密度材料插值模型建立柔顺度最小体积约束数学模型，通过灵敏度过滤来抑制数值不稳定现象，使用OC准则迭代求解下横梁优化结果，确定最优传力路径，最后通过模型重建设计出全新四立柱液压机下横梁概念模型，并在有限元软件中验证该结构的可行性。此研究对四立柱液压机下横梁设计具有一定的指导意义。