液压挖掘机是工程机械的主要机种之一,它利用工作装置完成挖掘作业,而动臂则是工作装置的主要受力部件。在施工过程中,由于工作环境的恶劣以及不确定性,动臂常出现开裂甚至断裂的现象。动臂的设计优劣,直接关系着挖掘机的工作效率和使用寿命。本论文以某小型液压挖掘机的动臂为研究对象,模拟分析实际挖掘工况环境下其力学性能,并提出一种针对复杂板壳结构的厚度快速优化设计方法,最后应用提出的优化方法对动臂板厚进行优化设计。具体研究内容及主要结论如下：(1)确定挖掘机工作装置的危险工况(最大挖掘力、最大挖掘深度、最大挖掘高度和最大挖掘半径),分别对危险工况进行刚体动力学分析,得动臂各铰接点的受力变化曲线。提取四种工况的最大受力点,在加载上同时考虑偏载和横向力的作用,利用有限元技术对动臂进行静力学和瞬态动力学分析。最后,在静强度计算的基础上,对动臂进行疲劳寿命分析,确定动臂疲劳寿命的薄弱位置。(2)结合板壳理论和有限元理论,提出一种针对板壳厚度的快速优化设计方法。分别建立基于最大等效应力和最大位移的优化数学模型并进行相应的理论推导,最后基于ANSYS提出快速优化的实现方法,同时验证了复杂载荷、约束方式、载荷类型和复杂结构对设计精度的影响,结果表明此快速优化方法的精确性。(3)利用本文提出的快速优化设计方法对动臂板厚进行优化设计,首先对动臂进行灵敏度分析,剔除灵敏度较小的设计变量以达到简化优化设计变量的目的,然后针对灵敏度较大的板利用快速优化设计方法进行厚度优化设计,最后通过验证优化结果表明此快速优化方法在动臂板厚优化上的实用性和快速性。本论文以解决市场反馈的动臂出现开裂甚至断裂现象为出发点,以提高动臂力学性能,降低其故障率为研究目标,不仅为挖掘机动臂的设计提供理论依据和实用手段,对公司及行业内其它类似产品的优化设计研究也具有的一定指导价值。