Настоящее исследование посвящено разработке комплексной методики оптимизации конструкции телескопических стрел автокранов с целью снижения металлоемкости при сохранении эксплуатационных характеристик. В работе применен комбинированный подход, включающий топологическую оптимизацию, метод конечных элементов и многокритериальную оптимизацию с использованием генетических алгоритмов. Эмпирическая база исследования включает анализ конструктивных параметров телескопических стрел грузоподъемностью 80-300 тонн, экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии под различными нагрузками и результаты численного моделирования в программном комплексе ANSYS Workbench. Основные результаты показывают возможность снижения металлоемкости на 18,7% за счет применения адаптивной топологической оптимизации, уменьшения массы конструкции на 14,2% при использовании композитных материалов в критических зонах и повышения коэффициента использования материала до 0,87 против исходных 0,73. Разработанная методика позволяет достигать снижения удельного расхода стали до 12,3 кг/т грузоподъемности при соблюдении всех требований прочности и устойчивости. Практическая значимость исследования заключается в возможности применения предложенных решений для модернизации существующих и создания новых конструкций телескопических стрел с улучшенными массогабаритными характеристиками, что способствует повышению конкурентоспособности отечественной крановой техники на мировом рынке.
The present study is devoted to the development of a comprehensive methodology for optimizing the design of telescopic cranes in order to reduce metal consumption while maintaining operational characteristics. The paper uses a combined approach, including topological optimization, the finite element method, and multi- criteria optimization using genetic algorithms. The empirical basis of the study includes an analysis of the design parameters of telescopic booms with a lifting capacity of 80-300 tons, experimental data on the stress-strain state under various loads, and the results of numerical modeling in the ANSYS Workbench software package. The main results show the possibility of reducing metal consumption by 18,7% due to the use of adaptive topological optimization, reducing the mass of the structure by 14,2% when using composite materials in critical areas, and increasing the material utilization rate to 0.87 versus the initial 0.73. The developed technique makes it possible to achieve a reduction in the specific consumption of steel up to $12,3~kg/ton$ of load capacity while meeting all the requirements of strength and stability. The practical significance of the research lies in the possibility of applying the proposed solutions to modernize existing and create new designs of telescopic booms with improved weight and size characteristics, which contributes to increasing the competitiveness of domestic crane equipment in the global market.