随着港口的持续发展,港口起重运输机械发挥着越来越重要的作用。而低碳、节能、环保理念的不断深入,对港口起重机的轻量化设计提出了更高的要求。本文从起重机的金属结构出发,以门座起重机的圆筒门架结构为研究对象,通过两步优化设计实现了圆筒门架结构的轻量化设计。在对基于SIMP法插值模型优化准则法进行了公式推导并分析了其计算流程的基础上,制定了门座起重机圆筒门架结构的总体优化方案、拓扑优化方案和基于APDL的优化方案。在以上优化方案的指导下,首先对圆筒门架结构进行受力分析及静力计算,验证对其进行优化的必要性和可行性。第一步对三种工况下的圆筒门架结构进行拓扑优化。在SolidWorks中建立圆筒门架结构的三维模型并导入到HyperMesh中进行几何清理和划分网格,确定优化空间,然后根据圆筒门架结构的实际载荷情况和边界条件设置响应及相关的拓扑优化参数,将响应转换为约束条件和优化目标后,在Optistruct中进行拓扑优化。完成优化后对结果的拓扑构形按照一定的可制造化处理原则进行保守设计,提出一种新型门架结构。通过计算,新型门架结构比优化前的初始门架结构重量减小了5.02%。第二步对新型门架结构进行基于APDL的尺寸优化设计。在建立了新型门架结构参数化模型和编写了优化分析的APDL程序的基础上,以新型圆筒门架结构进行强度校核时出现最大应力的工况三作为危险工况,确定优化过程涉及到的设计变量、状态变量以及目标函数,对拓扑优化后按照保守设计的原则提出的新型门架结构进行基于APDL的优化。优化后对结果进行圆整并计算可知,第二步优化相较于优化前的新型门架结构,其重量减轻了4.9%。经过了两步优化后,相较于未优化的初始门架结构,其重量总共减轻了9.67%,达到了轻量化设计的目的。本文将两种仿真环境下的两种优化方法结合起来,充分发挥了两种优化方法的优势,为门座起重机其他结构的优化以及其他类型起重机的优化设计提供的一种新的解决思路与方法。