复合材料应用于火炮身管有利于减轻身管重量，延长身管使用寿命，从而提高火炮武器系统的战技性能。本文结合国内外复合材料的研究成果，借助现代先进的计算技术、分析方法和试验手段，对复合材料身管进行了系统深入的分析，围绕复合材料身管的强度特性、热弹性特性、动态特性、结构优化和近似建模等方面的问题进行研究和讨论，建立一套较为完整的复合材料身管结构分析方法和优化方法，并取得一些有用的结论，为复合材料身管在火炮中的应用提供可靠理论依据。 从各向异性材料力学出发，建立复合材料身管的力学模型，导出复合材料α单元应力应变求解方程式，并探讨复合材料界面应力应变计算方法；根据复合材料设计方法并结合理论模型，采用有限元方法，建立了复合材料身管三维有限元强度分析模型，通过求解获得身管应力应变情况，并采用二次蔡-吴准则进行强度校核。 针对复合材料身管的热弹性问题，基于有限元方法，进行复合材料身管非线性热弹性分析和三维瞬态热结构耦合分析。通过对复合材料模拟身管进行非线性热弹性分析，得出物性参数随温度变化对身管温度场分布、热应力和固有频率的影响规律；通过对某口径复合材料身管的三维瞬态热结构耦合分析，获得该身管在发射条件下温度变化规律和身管动态应力变化规律。 复合材料身管动态特性问题的研究是从复合材料身管模态特性、阻尼特性和强迫响应三个方面内容进行的。通过模态特性分析，得到复合材料身管的各阶固有频率和振型，通过复合材料缠绕角参数研究，获得复合材料身管各阶固有频率随缠绕角变化的规律；对复合材料阻尼机理进行深入分析，推导复合材料能量耗散公式，采用模态应变能方法，计算复合材料身管自由模态和约束模态下各阶频率的模态阻尼损耗因子；在模态分析和阻尼分析的基础上，采用模态叠加动力学有限元计算方法，对复合材料身管的强迫响应特性分析，计算获得复合材料身管的炮口振动情况。采用先进的火炮自动测试系统，对复合材料身管进行了实弹射击试验，所测得的试验结果与理论计算结果能够很好的吻合，验证理论计算模型的正确性和试验系统的可靠性。 以复合材料身管为优化对象，根据不同的优化目标和优化层次，分别进行刚度优化、多目标优化以及多学科综合优化，提出一套适合于复合材料身管的多层次的结构优化方法。根据复合材料身管刚度特性要求，建立复合材料身管在强度和重量约束条件下的刚度特性优化模型，采用复合形法进行了优化求解；根据复合材料身管设计时的多指标要求，建立以刚度和重量为目标的复合材料身管多目标优化模型，采用改进的非支配排序遗传算法，对复合材料身管进行了多目标优化，获得在刚度目标和重量目标下的复合材料身管最优解集；在复合材料身管的多学科优化中，综合考虑了复合材料身管的结构性能、热学性能、物理性能等多个学科的设计要求，采用多学科优化