传统火炮设计主要靠设计师的经验和已有的设计规范,因此在火炮结构设计中存在很多理性因素不足的问题,造成火炮结构笨重,射击精度不达标等问题。结构优化设计的理论和方法可以提供一种全新的理想的设计工具,能够在结构减重的同时提高结构的性能,从而在火炮结构设计领域得到了广泛应用。本文分析了一典型火炮结构的静动态性能,研究了火炮结构轻量化设计的问题。具体的研究工作如下：1、火炮总体结构在静力载荷下强度和刚度性能的有限元分析。采用有限元技术,分析了一典型火炮结构的动静态特性,给出了整体应力和位移分布。计算结果表明：托架是整个火炮传力的关键部件,后坐力主要通过托架内外侧面板将力传递到底座；火炮整体应力和位移水平比较低,火炮结构安全系较大,结构存在很大的减重空间。2、火炮托架结构轻量化设计。现有火炮结构笨重,造成机动性、灵活性差。本文以典型火炮主要承力结构托架为研究对象,结合工程实际,成功将拓扑优化技术应用于火炮托架的轻量化设计中,得到了新的托架加筋的拓扑结构,根据新拓扑结构获得了托架结构新构型。以此为基础,利用尺寸优化重新优化了新结构的加筋尺寸。优化后的结构具有所要求的刚度的前提下实现了结构减重。3、火炮整体结构振动特性分析与前支架优化。针对炮口振动剧烈造成的火炮射击精度低的问题,对火炮射击时的振动特性进行了仿真模拟,得到了炮口的振动特性曲线。研究了前支点位置和前支架刚度对炮口振动幅值的影响,绘制了炮口最大振幅随前点位置和前支架刚度变化的曲线。通过参数优化寻找到符合设计要求的前支点位置和前支架板厚,成功实现了抑制炮口振幅、提高射击精度的要求。