在火箭弹和导弹中,广泛地采用固体火箭发动机作为动力装置。对固体火箭发动机结构的分析与优化,以及固体推进剂减面燃烧规律的研究,可以有效地提高火箭发动机的效率,增加火箭弹和导弹的射程,或增加战斗部装药量,提高导弹的威力。本文基于有限元法和试验方法,对螺纹连接的导弹发动机燃烧室壳体进行了强度分析和优化设计,对复合结构喷管进行了热应力分析。利用解析法推导了减面燃烧药柱的燃面公式,研究了药柱的燃烧规律,得到了星孔型药柱、车轮型药柱、套管型药柱和管型药柱减面燃烧时的选用准则。主要工作内容如下:第一,分析了螺纹连接导弹发动机的结构强度,解决了螺纹连接处的接触定义,利用目标驱动优化方法对燃烧室壳体的等壁厚段进行了优化设计。研究结果表明:螺纹连接的燃烧室壳体符合强度要求,最大应力点在前壳体过渡圆弧较小处。水压试验和热试车试验后的燃烧室壳体结构完整,证明了结构强度符合要求。优化后燃烧室壳体的总质量减轻了4.5%。第二,分析了复合结构喷管内燃气流场的温度分布,将得到的温度分布加载到喷管内型面上,得到了喷管的温度分布,采用热-结构耦合求解出喷管承受的热应力。研究结果表明:喷管壳体的温度明显低于耐烧蚀层的温度,没有添加隔热层的部分,温度高于添加隔热层的部分。在不同材料的接触处温度梯度变化最大。复合结构喷管的最大热应力点出现在耐烧蚀层和壳体的接触处。有限元分析的温度分布与热试车后喷管的表面烧蚀情况相符。热试车后复合结构喷管完整,结构满足强度要求。第三,分别研究了星型药柱、车轮型药柱、套管型药柱和管型药柱的减面性。得到了减面燃烧药柱的选用原则。研究结果表明:星孔型药柱和车轮型药柱的减面性大,且减面性可调范围大,套管型药柱和短管型药柱的减面性小。减面性较小时,优先选用短管型药柱。星孔型药柱的星角数和车轮型药柱的轮臂数相同时,相同的减面性,星孔型药柱的装填系数和肉厚系数都大于车轮型药柱。减面性较大时,优先选用星孔型药柱。