起重机结构自重大,运行能耗高,其结构轻量化是实现节能降耗的重要手段。以往结构轻量化设计主要针对结构参数优化,或采用高强度钢进行材料替代。在现有结构设计理论基础上,要进一步降低结构件质量,提高结构件的承力性能必须找到新的结构设计方法和思路。针对起重机箱梁结构轻量化的科学问题,从结构仿生学相似性原理出发,提出叶脉加劲肋结构形式,通过研究叶脉及竹节的自然分布特性,指导加劲肋在箱梁结构中的仿生布置设计。针对斜向肋箱梁结构中的局部屈曲失稳问题,推导斜坐标系下简支边弯矩计算公式、纵向面内载荷作用下斜板的屈曲平衡微分方程,将调和微分求积法和边界融入法结合起来,给出调和边界融入微分求积法求解简支斜板局部稳定性的具体方法。以单向轴压和剪应力作用下简支斜板为例,研究载荷变化系数、斜板边长比和倾角同屈曲临界载荷之间的关系。结果表明：单向轴压作用下简支斜板屈曲临界载荷随载荷变化系数的增大而增大、随倾角的增大而减小、随边长比的增大先增大后减小再增大；剪应力作用下简支斜板屈曲临界载荷随边长比的增大而增大、随倾角的增大先减小后增大。以双向轴压或单向轴压与剪应力作用下简支斜板为例,研究载荷比值(1／5≤Ny/Nx≤5,或1／5≤Nxy／Nx≤5)、斜板边长比(1／2≤<r≤2)和倾角(300≤a≤900)同屈曲临界载荷之间的关系。结果表明：对于双向轴压作用下简支斜板,当斜板倾角和边长比不变、载荷比值增大时,斜板屈曲临界载荷随载荷比值增大而减小；当载荷比值和角度不变、边长比增大时,斜板屈曲临界载荷随边长比增大而增大；当载荷比值和边长比不变、斜板屈曲临界载荷均随倾角增大而减小。对于轴压和剪应力作用下简支斜板,当斜板倾角和边长比不变、载荷比值增大时,斜板屈曲临界载荷随轴压比值增大而减小；当r=1／2-1时,不同倾角下屈曲临界载荷同边长比之间的变化关系并不是一致的,当r=1～2时,不同倾角下屈曲临界载荷随边长比增大而增大；当载荷比值和斜板边长比不变、倾角增大时,斜板屈曲临界载荷随倾角增大而减小。以单向轴压和剪应力作用下CCCC、CSCS和SCSC斜板为例,研究斜板边长比和倾角同屈曲临界载荷之间的关系。结果表明：单向轴压作用下CCCC和CSCS斜板屈曲临界载荷随边长比增大而增大、随倾角增大而减小；单向轴压作用下SCSC斜板屈曲临界载荷随边长比增大而波动、随倾角增大而减小。剪应力作用下CCCC、CSCS和SCSC斜板屈曲临界载荷随边长比增大而增大、随倾角增大先减小后增大。针对非均布载荷作用下矩形板件的屈曲承载力问题,从几何形状、边界条件和载荷三个角度,研究局部受载弹性薄板的对称特性。运用有限元求解具有对称性矩形板的屈曲临界载荷,并通过对比DQM数值解验证有限元解的精确性。同时对比非均布载荷作用下矩形板屈曲临界载荷的传统经验公式,给出能够满足工程实际需要的修正经验公式。以竹子为仿生对象对正轨箱梁横向肋进行结构优化设计。通过研究竹子结构特征参数的自然分布特性与受力特性间的作用关系,发现不同受力截面对应不同的等效节间距。考虑加劲肋间距对结构刚度和强度指标的影响,设定加劲肋极限间距。建立正轨箱梁加劲肋变间距等稳定性优化策略,结合有限元弹性屈曲分析进行迭代优化,实现加劲肋变间距等稳定性设计。经实例研究表明,优化求解速率随偏差率增大而增大；仿生箱梁较传统箱梁加劲肋数量由15道减小为10道、主梁重量减轻；各截面屈曲抗失稳能力差异减小,同时满足强度和刚度指标设计要求。本文从理论角度、数值仿真和有限元仿真三个角度,针对仿生斜向肋箱梁结构中局部斜板的屈曲承载力问题进行了系统研究。同时,针对仿生变间距肋正轨箱梁进行了等稳定性设计。论文研究工作具有较强的理论意义和实用价值,为后续的研究工作奠定了坚实的基础。