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路桥工程与管理 2026年2月 第三卷 总第20期
桥式起重机主梁结构优化设计与强度有限元分析
刘满
宜宾市安科起重设备有限公司 四川宜宾 645350
摘要：针对传统桥式起重机箱型主梁经验设计存在安全裕度过大、材料利用率不足、局部应力集中与疲劳寿命分布失衡等行业共性痛点，本文提出拓扑 - 参数分层协同优化+服役等寿命约束创新设计框架，突破现有优化方法仅以减重为单一目标、忽略全周期疲劳均衡性的局限。以QD10t-22.5m 双梁桥式起重机主梁为研究对象，依据 GB/T 3811-2008 规范完成多工况载荷组合计算，采用SolidWorks完成三维参数化建模，导入ANSYS Workbench 构建壳单元有限元仿真模型，开展额定静载、偏载、制动动载三类极限工况静强度、刚度与屈曲稳定性分析。创新性融合SIMP变密度拓扑优化与改进粒子群PSO参数优化，同步嵌入制造工艺约束与全梁等寿命均衡约束，设计变截面波纹腹板+圆弧过渡加劲肋新型主梁结构。仿真结果表明：优化后主梁自重降低17.42%，跨中最大等效应力由246.3MPa降至178.5MPa，应力集中系数下降31.2%，全梁关键焊缝疲劳寿命差值控制在4年以内，同时跨中最大挠度11.86mm满足刚度限值。本文构建的“仿真-优化-寿命校核”闭环设计流程可直接应用于起重装备数字化研发，为轻量化、长寿命起重机主梁设计提供新理论与工程实施方案。
关键词：桥式起重机；箱型主梁；分层协同优化；有限元强度分析；等寿命约束；波纹腹板
