传统的火炮研发设计,主要依靠已有的设计规范和工程师的经验进行,整个研发过程走“设计——试制——试验——修改”的路线。研发周期较长,设计成本较高,且修改阶段主要凭主观经验、理论性指导偏少,往往造成火炮重量过大,射击精度低等问题。如何提高火炮性能,缩短研发周期已成为火炮研究中的重要课题。CAE技术可以对火炮的性能进行有效的评估；结构优化等先进设计技术可以对火炮设计提供方向性的指导,能够在保证火炮射击精度的同时减轻结构的重量。利用CAE技术和先进的结构优化设计的理论和方法,研究建立实现火炮结构高精度轻量化的设计理论和方法、建立设计平台、开展结构构型设计,成为火炮研发设计的关键。本文研究开发了火炮结构典型部件参数化建模与设计平台,并针对火炮的射击精度,开展了摇架结构和减振器结构的创新设计研究。具体的研究内容如下。1、火炮结构典型部件参数化建模与设计软件平台的构建。基于Nastran和Patran软件,利用二次开发技术建立了参数化的CAE模型建立与设计的软件平台。设计人员通过输入预先定义的关键参数,可完成建模、模型改动、分析、优化设计,有效地提升了工作效率,为火炮结构典型部件设计与修改设计提供了软件工具平台。2、火炮摇架轻量化构型设计。传统的火炮设计方案,一般按照规范和设计人员的经验确定火炮的尺寸及布局。设计趋于保守,虽然能保证火炮的性能,但质量往往较大,造成火炮的机动性、灵活性差。本文以典型火炮的摇架结构为研究对象,以与射击精度密切相关的关键点位移最小为目标,建立了包含脱模约束等可制造性约束的拓扑优化设计模型；基于该模型,采用两步走的设计策略,获得了摇架的创新设计构型。新构型不仅实现了重量降低和射击精度要求的提高；另外,由于考虑了脱模约束,新构型也便于制造。3、火炮炮管结构减振器设计。火炮射击时炮口振动情况对其射击精度有很大的影响,振动幅度与射击密集度直接相关。针对炮口振动剧烈造成射击精度低的问题,首先对火炮射击时的振动特点进行了分析,得到炮口振动的位移-时间曲线。然后提出了减振器的设计方案,分析了减振器对炮口振动的影响。继而通过优化减振器的安装位置和结构参数,得到减振器的最优构型和最佳安装位置,成功的减小了炮弹激发时炮口的振动幅度,有效的提高了火炮的射击精度。