随着运载火箭性能的提高,其结构承受的动态载荷环境也愈加复杂,仅进行传统的静力分析已不能满足结构在复杂载荷环境下的强度要求,还需对结构进行动力学特性分析和动态响应分析,并进行动力优化设计,以保证火箭飞行的可靠性。对于自由度较高的复杂组合体结构,一般采用动态子结构方法实现自由度的降阶,以提高计算效率。本文系统阐述了几种经典的动态子结构方法的理论,包括固定界面模态综合法、自由界面模态综合法和混合界面模态综合法,以框架梁结构作为算例,编写了上述动态子结构法的程序,以完整结构得到的模态解作为参考,计算该结构的固有频率及振型相关系数,验证了几种动态子结构方法的有效性并对得到的模态近似解进行了比较。建立了运载火箭发动机并联推力传递结构的有限元模型,该结构由多台并联的发动机,通过小机架、大机架与后过渡段和贮箱底相连,该结构实现了后过渡段壳体和贮箱底的联合传力,具有较高的推力传递效率。对结构进行超单元划分,并采用固定界面模态综合法计算了结构的模态,提出了局部模态质量法并给出了其在Nastran软件中的实现方法,用于筛选结构中对应部件的局部模态,模态有效质量法可用于筛选结构的整体模态,两种方法结合可用于识别结构的振型形式,通过组合梁和悬臂管的算例,验证了上述方法的有效性,并应用于发动机并联推力传递结构的模态分析,得到了结构的整体模态和局部模态的分布。分析了发动机工作的启动段和关机段推力的频域特性,计算了代表性结构在推力激励下位移和应力的频率响应及其均方根值分布,分析了发动机的推力传递特性。阐述了结构优化设计的流程,以及灵敏度计算的方法。对于具有密频模态的复杂结构,其频响函数峰值频率附近可能存在多阶模态,提出了利用关键点所在部件的局部模态质量和结构的模态有效质量分数确定对频响函数峰值具有主导贡献的关键模态,并基于关键模态对结构动态响应进行优化的方法。外激励的特征频率与结构关键模态的固有频率重合时会产生共振,以大机架支撑梁上关键点位移的动态响应作为优化对象,通过结构优化设计,使关键模态的固有频率向高频偏移,在具有与原结构关键模态频率重合的特征频率的推力作用下,使优化后结构关键模态的频率避开了共振区,显著降低了动态响应峰值,达到了消除共振,保证结构稳定性的目的。