高顺德 徐振东 徐金帅 李 鑫 滕人鹏

1大连理工大学机械工程学院 大连 116024 2大连理工大学装备结构分析国家重点实验室 大连 116024 3大连船舶重工集团有限公司 大连 116083

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环轨起重机主臂是环轨起重机最重要承载结构，其结构形式对力学性能起着至关重要的作用，结构设计的合理与否直接关乎环轨起重机的起吊性能。目前，国内环轨起重机产品鲜见，国外环轨起重机的主臂均采用A字形结构[1]，如图1所示。

图1 环轨起重机主臂结构形式

不同的结构形式对于环轨起重机主臂的质量、刚度等参数影响很大。传统的设计方法由于在设计初始时不能将这些参数作为驱动参数，往往不能设计出最合理的受力结构形式。拓扑优化从材料本身的性质出发，将材料的物理参数映射到优化模型中，通过求解优化模型得出最优解，从而得到最优结构形式，是一种更合理的结构设计方法[2]。

当前，起重机臂架拓扑优化设计的方法主要为基结构法[3]。虽然该方法更适合用于臂架拓扑优化，但基结构法也有诸多缺点[4]：基点位置是人为选定且不连续的，故不能保证是最优解；每2个基点之间都需要连接，问题的规模却会随基点数量的增加呈指数上升态势。

随着优化理论的发展，越来越多的学者将连续体拓扑优化应用于结构设计中。陈涛等[5]将拓扑优化应用于汽车电池外结构设计中，使强度在极端条件下得到提升；张庭玮等[6]将拓扑优化应用于热传导件设计中，在提高散热效率的情况下减小了散热肋片的质量；……