由于长细比的不断增加以及新型轻质高强材料的使用,大型臂架式起重机械起重臂的柔性特性愈发突出,而且由于柔性起重臂的大范围运动与其自身柔性变形之间的相互影响作用,导致实际吊装作业中起重臂的动力学特性具有明显的非线性特征。现行的起重机设计相关标准中,对于柔性起重臂动力学特性的计算没有明确条文,因此国内在大型起重机械的柔性臂架设计中多通过参考国外同类型产品进行单机设计。这样势必造成设计效率较低,设计精度不高。为打破上述设计瓶颈,提高柔性起重臂的设计水平,缩短设计周期,能够从优秀的设计产品出发,以点带面形成产品的系列化设计。本文总结了柔性多体系统动力学的发展现状,以及目前相似理论在结构动力学的应用情况。选择臂架式起重机中最为典型的履带式起重机为研究对象,其起重臂结构形式为桁架式,并以柔性起重臂动力学方程为分析基础,将相似原理运用于其中,推导得出了桁架式柔性起重臂动力学特性间的相似关系。主要研究内容如下:(1)针对履带式起重机的工作特点选择对其主臂工况进行建模分析。建模过程中,采用有限单元法对起重臂模型进行离散,利用浮动标架法来分别描述起重臂的柔性变形与大范围运动,最后借助Lagrange方程建立了履带式起重机柔性起重臂的动力学方程。(2)从桁架式结构与实腹式结构侧向位移相等的假设出发,推导了桁架式起重臂惯性矩的等效转化系数,以此来考虑起重臂腹杆对于整体结构的影响。利用该系数的转化可以为柔性起重臂动力学方程求解与桁架式结构之间搭建起桥梁。因此,基于该等效转化系数运用Simulink数值仿真模型,选用QUY750履带式起重机具体参数对桁架式柔性起重臂的动力学方程进行了求解并对相关结果进行了分析。(3)阐述了相似设计中常用的两种基本方法,针对几何完全相似的桁架式起重臂推导了其固有频率以及其他参数间的相似关系,通过计算给定原型与模型的固有频率与振型,验证了其相似关系的正确性。为了考察柔性起重臂在大范围回转运动下固有频率的改变情况,本文将摄动理论与振动分析相结合,给出了柔性起重臂大范围回转运动下固有频率近似解的计算方法。在此基础上对起重臂动力学参数的相似关系进行推导,并用数值仿真做出了验证。(4)为验证柔性起重臂动力学特性相似关系,以实际产品的长细比为参考标准,设计了两组缩比尺寸桁架式试验起重臂,通过起重臂截面尺寸与起重臂长度两个维度的相似试验来验证理论相似关系的正确性,试验结果表明运用理论相似关系能够基本准确对实际值进行预测。