牵制缓释放技术是当前我国发展高可靠性运载火箭亟需攻克的关键技术之一。本文以我国新一代运载火箭牵制缓释放系统减载缓释机构研制为背景,对相关的接触问题有限元方法、接触问题形状设计灵敏度分析方法、减载缓释机构缓释特性实验测试方法、减载缓释机构形状优化设计方法、运载火箭牵制缓释放结构动力响应数值分析方法等问题进行了系统研究。全文主要研究工作如下:提出了二维多体有限变形弹塑性摩擦接触问题有限元分析的一种新算法。通过主动集策略和Mortar方法处理接触边线上的约束条件,在Mortar接触线元的切向和法向上采用相同的名义罚函数,采用基于名义罚函数的移动摩擦锥算法正则化接触约束条件,推导了相应的接触切线刚度矩阵和接触节点力表达式。文中算法继承了移动摩擦锥算法和Mortar方法的优点,表达式较简洁,便于编程实现。数值算例验证了算法的精度和有效性。提出了一种新的减载缓释机构设计方案,并初步设计出满足相关设计部门要求的减载缓释机构。采用本文接触算法,较系统地研究了减载缓释机构的缓释特性。分析了减载缓释机构的基本缓释过程,探讨了机械加工误差对缓释力位移曲线的影响,以及该曲线的可调节性等性质。并对减载缓释机构的基本缓释特性进行了实验研究。提出了二维多体有限变形弹塑性摩擦接触问题形状设计灵敏度分析的一种新解析算法。将本文接触算法中离散形式的控制方程对形状设计变量微分,得到了该路径相关问题一种新的解析形状设计灵敏度计算格式。其节点位移灵敏度方程在每个增量步可以直接求解。数值算例验证了算法的精度和有效性。与现有的二维多体摩擦接触问题形状设计灵敏度分析的解析算法相比,本文算法表达式较简洁,便于编程实现。提出了一种新的减载缓释机构形状优化设计方法,得到了一种优化的减载缓释机构。采用三次B样条曲线描述减载缓释机构套筒外壁几何形状,并以样条曲线型值点坐标为设计变量,减载缓释机构的缓释力位移曲线和目标曲线中有限个点的距离平方加权求和最小为优化目标,通过接触形状设计灵敏度算法计算优化目标函数对型值点坐标的灵敏度值,在此基础上实现了减载缓释机构的形状优化设计。采用数值模拟和实验方法对其缓释特性进行了研究。提出了一种运载火箭牵制缓释放过程结构动力响应数值分析的新方法。该方法充分发挥了有限元程序MSC.Patran/Nastran的场功能、分组分析功能和CBUSH1D单元的非线性位移载荷函数功能。实现了新一代运载火箭牵制缓释放结构动力响应的数值模拟分析,开展了减载缓释机构的缓释效能评估。总之,本文在新一代运载火箭减载缓释机构设计所涉及的理论和方法上取得了一定的进展,相关研究结果可为相关设计部门进行减载缓释机构设计提供有益参考。