当前,铁路起重机已经成为保证铁路畅通不可或缺的重要装备,作为铁路起重机的主要承载构件,伸缩臂的设计合理与否,直接影响起重机的承载能力、整机实用性和安全可靠性。本文以1700t·m大吨位双回转铁路救援起重机为研究对象,探析了伸缩臂与滑块三维摩擦接触非线性机理,并对伸缩臂结构轻量化技术进行了研究。主要内容如下：(1)基于ANSYS Workbench协同仿真平台,完成了一种新型非对称类椭圆截面伸缩臂的参数化建模、有限元分析和基于响应面法的MOGAi(多目标遗传算法)的轻量化设计。分析了常用的试验设计(DOE)方法、响应面的构建以及基于响应面法的优化算法,并深入研究了各输入与输出参数的相关性。研究表明：各节臂翼缘板厚对其应力影响很大,腹板高度和间距对伸缩臂整体应力影响最大。优化后的伸缩臂自重降低了21.09%,轻量化设计颇有成效,为今后大型工程机械结构优化设计提供了新的思路。(2)面对高度非线性的一种新型对称类椭圆截面伸缩臂优化模型,利用正交试验法获取样本,研究了基于7种不同训练算法下的BP神经网络对拟合效果的影响。与启发式算法相比,采用数值优化算法能获得更快的收敛速度和更高的网络精度,其中,Levenberg-Marquardt算法的优势更加突出。最后选取罚函数法处理约束条件以实现全局搜索,利用LM-BP网络、遗传算法对伸缩臂进行寻优,伸缩臂自重降低了17.92%,大大提高了设计时效性,为解决工程实际中高度复杂的非线性优化问题提供了参考。(3)指出了伸缩臂局部应力的传统解法之不足,概述了求解接触问题的数值方法。创造性地提出考虑伸缩油缸的支撑作用,并正确定义了油缸与伸缩臂之间的约束关系。借助专业非线性分析软件ABAQUS,成功建立了伸缩臂与滑块三维摩擦接触模型,真实地反映伸缩臂实际工作状态；探明了伸缩臂与滑块接触区域附近的应力响应情况。研究表明：伸缩油缸承受了大部分的轴向力,且存在较大转动；本文中滑块与伸缩臂典型接触区域相对摩擦滑动约10mm,释放接触面上的节点自由度更加符合实际。(4)对比分析了不同截面形式下伸缩臂与滑块接触处应力响应情况。研究发现：复杂的边界条件使伸缩臂与滑块接触处应力分布极度不均；在滑块边线或者尖角附近,应力集中现象严重,容易产生摩擦磨损,在滑块棱角处制造圆角可以提高其使用寿命,合适的滑块宽度有利于增强滑块承载能力,而增加滑块长度很难降低局部应力；与多边形截面伸缩臂相比,类椭圆截面伸缩臂滑块处应力分布更加均匀,有利于改善接触区域受力环境,提高伸缩臂的局部稳定性。