本文以某省部级项目为研究背景,利用有限元方法以及结构优化技术对某大口径火炮上架进行结构优化设计(拓扑优化和尺寸优化)并在最优上架模型基础上改进摇架结构以便减小火炮发射时两耳轴中心变位差从而达到提高火炮射击密集度的目的。本文所涉及的火炮上架是某大口径车载式火炮的重要组成部件,起着连接和支撑作用。要求火炮发射过程中上架能够承受较大的冲击载荷,火炮架体所受的复进机力和制退机力不在通过炮膛轴线的平面内,且两个力的大小相差较大,呈现出明显的不对称性,而火炮上架和摇架的结构基本对称。这会导致两耳轴中心位移不一致,从而产生变位差导致火炮发射时身管的振动幅度加大,影响火炮的射击密集度。本文主要从火炮上架和摇架刚强度方面考虑其对火炮射击密集度的影响,研究的原上架模型是采用经验设计得到,试验表明其射击密集度达不到设计指标,经过对火炮的详细检查发现上架与摇架有塑性变形,通过有限元分析与改进设计,虽然再次试验中没有发现塑性变形,但是由于上架刚度较差,两耳轴中心变位差过大导致设计密集度仍然达不到要求。本文尝试通过上架结构优化设计以及摇架结构改进设计来减小火炮发射时两耳轴中心变位差,从而进一步提高火炮射击密集度,并希望在设计模型满足刚强度的基础上实现轻量化。本文就产品研发过程中常用的结构拓扑优化和尺寸优化设计的理论、方法进行了一些探讨,并针对火炮上架结构进行了实际应用。文章最后对新的上架摇架模型和原始模型进行比较,证明了上架结构优化设计和摇架结构改进设计的可行性。