本文以大口径火炮身管为研究对象，依据疲劳断裂理论，以ABAQUS和ALOF等软件为平台，综合分析、计算了炮管热结构耦合场，包辛格效应的自紧残余应力场；研究了静载作用下厚壁圆筒应力强度因子的变化规律和热应力对身管裂纹扩展的影响以及不同初始形状裂纹的扩展规律；根据损伤容限设计理论估算了交变载荷作用下的内膛临界裂纹尺寸及身管剩余疲劳寿命。论文所做的主要工作内容和研究成果如下：(1)通过建立一维内弹道学两相流模型和经典圆管瞬态热传导模型，研究了大口径火炮多发连射过程的瞬态传热特性；以ABAQUS软件为平台进一步分析二十发连射时炮管的热结构耦合场，结果表明：内膛热冲击具有明显的薄层效应，连射过程中内膛的温度瞬间可达到1350K；沿炮管壁径向产生很高的温度梯度，形成很高的脉冲热应力。(2)基于ABAQUS软件进行仿真计算，分析了诸种条件下炮管残余应力场分布；分析对比了理想弹塑性模型与考虑线性强化及包辛格效应模型下自紧炮管残余应力场的差别；研究了加载强化系数m及卸载强化系数m’对自紧炮管残余应力场的影响。研究表明：材料的应变硬化，尤其是包辛格效应对自紧炮管的残余应力影响较大；在其他参数相同时，加载硬化系数的不同对残余应力的影响远小于反向屈服区硬化系数对残余应力的影响；反向屈服区硬化系数m’越小，内膛切向残余应力的绝对值越小；炮管最佳自紧力在其最大等效应力取最小值，并兼顾最大切向应力绝对值取最小值时取得，综合考虑，最佳自紧力取在620MPa左右。(3)基于ABAQUS和ALOF软件求解了炮管在内压作用下的应力强度因子，计算结果与文献[32]吻合；运用ABAQUS软件分析了热应力作用下，不同裂纹深度及不同身管初始温度时应力强度因子的变化规律；运用ALOF软件对身管内膛表面半椭圆形裂纹应力强度因子进行了有限元分析，研究了不同初始形状裂纹的扩展规律。研究表明：炮管在射击过程中产生的热应力作用下，表面径向内裂纹尖端产生负的应力强度因子，其绝对值在裂纹尺寸不断增大时有先增大后减小的趋势，而随着身管温度的不断上升，呈现下降的趋势；具有不同形状比的初始裂纹，在扩展过程中逐渐趋向于在某一形状比范围内的半椭圆形扩展。(4)基于损伤容限设计理论，在考虑线性强化及包辛格效应的基础上，利用文献[19]数据，求取了炮管临界裂纹尺寸a_c=7.92mm，剩余疲劳寿命936发。结果表明：自紧炮管按最大膛压计算得到的身管发生疲劳失效破坏的射弹发数远远大于文献[19]中没有采用自紧工艺的炮管。本文的研究对保证火炮身管的安全，避免灾难性事故的发生具有十分重要的意义。