针对火炮发射过程中高温高压高速火药燃气对身管应力的影响,分析连发过程中在热应力与压应力耦合冲击载荷下,非自紧身管和自紧身管塑性变形和残余应力的变化规律;基于热作用是影响身管强度的主要因素,而且层间冷却身管是一种有效的冷却方式,研究这种冷却方式的冷却特点;身管在反复的热冲击应力作用下产生裂纹和凹坑缺陷,研究身管内存在缺陷时,凹坑和裂纹缺陷对自紧身管的强度影响。基于有限元分析方法,应用有限元软件ANSYS对各部分进行分析。本文主要内容和结论如下:(1)以小口径速射火炮身管为研究对象,建立身管截面的有限元模型,采用直接耦合的方法,模拟了承受热应力和火药燃气压力的非自紧和自紧身管在连发然后冷却,再连发再冷却过程中身管的残余应力变化,得到这个过程残余应力变化的原因,残余应力的变化规律,提出了减小残余应力变化程度的策略;(2)以小口径速射火炮身管为研究对象,建立层间冷却身管的三维有限元模型,应用流固耦合的方法进行温度分析,然后采用间接耦合的方法分析身管的热应力。通过与空气冷却对比,层间冷却能大幅减少冷却时间;冷却液流速超过一定值后,提高流速对身管的冷却差别不大;层间冷却能够快速有效的减小冷却过程中的热应力。这种数值仿真方法把流固边界条件处理为内边界条件,能够较好地模拟身管冷却的过程,为层间冷却身管的设计提供了一种数值方法。(3)以含内壁椭圆形凹坑缺陷身管为研究对象,建立内壁含椭圆形凹坑的身管有限元模型,采用三种有限元方法计算身管塑性极限载荷。得到含不同尺寸缺陷身管的塑性极限载荷,说明不同尺寸缺陷对极限载荷的影响规律,通过对比自紧与不自紧,证明自增强对厚壁圆筒极限载荷没有影响或很小。这种计算极限载荷的方法可以充分利用商用有限元软件的优势,分析各种复杂条件和结构的极限载荷。(4)以含轴向、径向裂纹身管为研究对象,分别建立含内壁轴向、径向裂纹身管的三维有限元模型,研究静载内压作用下含不同尺寸裂纹自紧与非自紧身管的应力强度因子,得到裂纹尺寸越大应力强度因子越大;身管自紧有效提高身管抵抗断裂的能力,但是与轴向裂纹相比,自紧对径向裂纹提高的强度比较小;轴向裂纹要比径向裂纹更危险。