水资源短缺在我国是一个较为严重的问题。在我国的总用水量中,农业用水占70%,渠灌区用水效率仅有30%～40%,与发达国家的70%～90%相比水资源浪费较为严重。因此,农业灌溉实施计量管理是提高我国农业水资源利用率的有效途径。翻转式闸门通过调节闸门的开启角度可以实现对水流量的监测与控制,保障水流状态为自由流,因而这种门型的计量精度较高,适合在农业灌溉工程中应用。而目前我国渠灌区的翻转式闸门主要从澳大利亚进口,其成本高、安装使用条件较为苛刻,因此,翻转式闸门的国产化迫在眉睫。本文针对山西中部引黄工程中某两种型号的翻转式闸门进行有限元分析及结构轻量化设计。首先,针对翻转式铝合金闸门的结构特点,以减轻闸门重量为目标,采用APDL参数化设计语言对其进行参数化有限元建模及分析,并利用ANSYS对其进行结构的轻量化设计。文中对于翻转式铝合金闸门优化方法的选择是通过结合ANSYS优化模块中的随机法、搜索法和一阶法,生成一种组合优化算法,该方法在优化的前期全局搜索能力强,在优化的后期具有良好的局部寻优能力。优化结果表明,组合优化算法与传统的优化方法相比效果更好,且用时更少。最终,翻转式铝合金闸门的重量减轻13%,且符合闸门的强度和刚度要求。对于翻转式钢闸门,同样是以减轻闸门重量为目的,但对其优化的方法则选用目前应用较为广泛的遗传算法(GA)和双向渐进结构优化法(BESO)。本文对于遗传算法的实现是利用modeFRONTIER多目标优化软件与ANSYS的联合应用;另外,由于BESO法存在震荡现象和棋盘格现象,本文利用基于人工材料的双向渐进结构优化法和灵敏度一阶再分配法对传统的BESO法做了改进,形成了改进的BESO法,并利用ANSYS的二次开发功能编写相应的程序。通过对经典算例的测试,以及对翻转式钢闸门的应用,改进的BESO法体现了它的可行性,有效地抑制了传统BESO法中的缺陷。优化后的翻转式钢闸门的重量减轻27%,且符合钢闸门的强度和刚度要求。