对于工程领域中具有大长细比及明显非线性特征的大型起重机械的臂架系统,国内通过类比、仿制方法解决单机设计与制造问题,缺乏具体的设计方法和理论基础。近年来随着计算机及有限元等数值方法的发展,出现了诸如优化设计、有限元设计、模块化设计等现代设计方法,使起重机的设计进入了一个新的阶段。但该类方法属于一种“后期设计”方法,即在产品已有初步结构参数的基础上进行校核改进或数值优化,仍然没有解决上述问题。为降低设计成本,提高设计效率,加强对优化后的标杆产品的继承性,实现快速设计,本文针对经典相似理论在非线性领域存在理论不完善而导致应用受限的问题,研究了大变形条件下基于原型产品的目标产品的非线性相似设计方法。课题源于国家自然科学基金资助项目《大长细比起重臂的非线性相似设计机理及系统相似动力学分析方法研究》(项目批准号：51475068),主要研究内容如下：(1)以大长细比结构中应用广泛的履带起重机主臂为研究对象,分析其受力特点,建立主臂在载荷组合Ⅱ,起升与回转运动同时进行时变幅与回转平面内的受力模型。(2)在假设原型产品各需求参数均已知的前提下,基于相似理论通过引入位移势函数对有限元基本方程组进行势函数表示,并对位移势函数表示的有限元方程组进行无量纲化处理建立基于局部坐标系的单元相似准则,采用坐标转换的方法将局部坐标系参数转换到整体坐标系得到全局坐标系下的非线性相似准则。(3)由得到的非线性相似准则,依据稳定性原则以原型产品为基础,推导得到设计目标主弦杆截面积的相似设计方法；依据桁架结构的刚度要求推导得到臂架的宽度和高度的相似设计方法；探讨了腹杆的布置形式,选取交叉焊接的W型结构,并通过跨距对腹杆与主弦杆的夹角及腹杆长度进行了相似设计。以现有的较为成熟的QUY750履带起重机为原型产品,对其进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析求得各所需参数。应用上述研究所建立的非线性相似准则及臂架结构非线性设计方法,通过原型QUY750履带起重机结构参数对1350t履带起重机桁架臂进行相似设计。对比LR11350履带起重机臂架结构参数,相似设计得到臂架的工作幅度、吊重、回转平面内腹杆与弦杆的夹角及腹杆的长度与LR11350参数相差不大；弦腹杆型号比LR11350小一型号；变幅平面内弦腹杆夹角及腹杆的长度与LR11350差别较大。其原因可能是相似理论推导时基于小变形理论,设计结构宽度和高度取了下限值以及所选原型产品和LR11350履带起重机臂架结构本身可能存在较大的安全裕度。