本文以某总装预研课题和国防“973”项目为研究背景,利用有限元动力学、实验测试、优化设计以及科学可视化技术对火炮冲击载荷作用下筒型摇架的虚拟设计问题进行探讨研究。探讨了复杂结构高精度有限元网格建模技术,采用了“蒙皮法”过渡实体和板壳单元,保证了建模精度,提高了建模效率。研究了筒型摇架承受的瞬态冲击载荷模型、平衡机的等效模型以及约束关系。同时为了保证建模的通用性和一致性,开发了通用的参数化建模模块。基于静态刚强度准则,分析了不同工况下筒型摇架的刚强度情况。在考虑平衡机非线性的基础上建立了摇架动态刚强度模型,利用数值计算的方法获得了动态冲击载荷作用下筒型摇架各部位的动态应力及位移响应规律。构建了摇架动态应变的测试系统,对摇架关键部位的动态响应进行了测试,并与有限元计算结果进行了对比分析,验证了筒型摇架刚强度虚拟设计分析的可行性。以摇架轻量化为目标,采用了混合参数化建模技术,建立了数学优化模型和优化环境。根据多岛遗传算法,在满足刚强度要求下,对筒型摇架实施了局部优化研究。基于OpenGL接口,开发设计了有限元数据场重构软件。在软件环境下对三维数据场进行网格模型、消隐模型和云图重构显示,讨论了不同云图绘制算法对显示结果的影响,为虚拟设计系统可视化开发提供借鉴。本文取得的摇架刚强度虚拟设计初步研究成果对该类机构的数字化设计具有一定的参考作用。