作为战斗中的攻击方来讲，自然是希望弹体能够最大程度的对敌人装甲、阵地等造成破坏，那么就需要弹体具有强大的侵彻能力和抗高过载能力。而弹头部形状在这种问题中扮演着十分重要的角色。在实际情况中，弹体对靶并不是垂直入侵这样理想的状态。受到靶阻力或者空气阻力以及弹体自身重力影响，弹体往往是以一定倾角或者带有攻角等状态对靶进行斜侵彻。本文主要就弹头部形状对侵彻能力和过载特性的影响进行了规律性分析以及优化设计。首先，对头部形状分别为平头、圆头和尖头的弹体侵彻钢板问题进行了规律探讨和跳弹分析。考虑不同倾角和初始速度对侵彻的影响，分析了不同头部形状弹体的侵彻性能，观察了三种弹体对靶的破坏形式，提取了弹体速度历程曲线和动能损耗曲线。并用剩余速度和弹头部中点位移相结合的方法研究了跳弹问题。获得了三种头部形状子弹在相同侵彻速度下的跳弹临界角范围。通过对比分析，说明了三种弹的侵彻能力大小。其次，为获得具有最佳侵彻性能的子弹，对卵形刚性弹斜侵彻石灰石靶问题进行了弹头部形状优化设计。采用基于空腔膨胀理论得出的包含自由面效应的应力模型，用数学解析的的形式，分别从轴向力和侧向力两方面推导了弹体受力表达式。并以阻力最小为目标函数，进行了优化设计，得出了最优头部形状。通过对比发现，最优弹头形状不具有尖细特点，而是介于卵形和锥形之间。最后，借助于响应面优化方法，对弹头部形状进行了优化。总共分析了两个模型，一个是空心弹斜侵彻混凝土靶。该模型只考虑了弹头部母线曲率半径一个因素，经过样本点选择及数值模拟提取响应值，建立了响应面近似模型。精度检验合格后，直接调用MATLAB优化函数，以减加速度为目标，获取了具有最强抗高过载能力的弹头形状。另外一个是装药弹侵彻多层介质靶的模型。除了弹头部母线曲率半径外，还考虑了倾角和攻角两个因素，并将攻角作为不确定因素，构成了不确定优化问题。采用拉丁超立方采样方法进行了试验设计。将减加速度作为优化目标函数，侵彻深度作为约束函数，通过不确定性优化设计，最终得到具有最强抗高过载能力的弹头形状。