结构优化是火炮部件轻量化设计的关键技术之一。本文以轻型火炮结构优化为研究背景,研究结构优化方法及其在火炮关键部件后大架、摇架设计中的应用。研究内容有：(1)建立了后大架-下架后支臂-土壤相互作用静力学有限元模型,采用有限元-无限元混合单元模拟土壤半无限空间体,分析了后大架的结构性能。(2)建立了后大架最大应力和质量多目标参数优化设计的数学模型,采用改进非支配序列遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行寻优计算,获得了后大架质量与后大架最大应力的Pareto解集作为确定性优化设计的最优解。(3)对后大架焊缝及热影响区应力进行6-sigma(?)急健性评估,指出确定性优化设计结果在可靠性方面的问题,针对这一问题对后大架进行了6-sigma(?)急健性优化设计。(4)针对摇架的运动与受力特点,建立了多工况静力学有限元模型分析摇架的结构性能,研究了变密度法拓扑优化中一些关键参数的设置问题,阐述了单工况静力学拓扑优化在摇架减重孔设计中的局限性,提出了一种基于拓扑优化和分层序列优化方法的优化设计策略对摇架进行多工况协同优化,并将该策略成功应用于摇架减重孔设计中。上述研究在轻型火炮部件的研制、结构优化理论及工程应用等方面有一定的参考价值。