本文以某省部级项目为研究背景,针对轻型牵引榴弹炮射击时稳定性差和架体刚强度不满足要求的问题,运用非线性有限元理论研究其在发射载荷作用下的动态特性。在此基础上,应用结构优化方法对上架进行拓扑优化和尺寸优化。研究了土壤弹塑性变形的矩阵表示及其求解方法、部件之间接触／碰撞和火炮非线性动力学模型求解方法。建立了轻型榴弹炮全炮非线性动力学模型,细致地模拟了驻锄与土壤接触／碰撞、土壤弹塑性变形、高平机力学特性等非线性因素。运用数值计算模拟轻型榴弹炮发射过程,获得榴弹炮在发射载荷作用下的响应,分析主要部件和关键部位的动力学特性,并将部分仿真值与试验值进行对比,验证榴弹炮非线性动力学模型的正确性。通过求解不同结构参数的轻型榴弹炮非线性动力学模型,研究耳轴位置、大架长度、缓冲装置、高平机、驻锄等结构参数对轻型榴弹炮射击稳定性的影响规律。在此基础上,改变对射击稳定性有较大影响的结构参数,提高轻型榴弹炮的射击稳定性。运用变密度法对轻型榴弹炮上架结构进行拓扑优化,获得上架结构的最佳拓扑。根据上架最佳拓扑重构上架结构,并对其进行尺寸优化。优化后的上架在质量增幅仅为7.89%的情况下,各工况最大应力值和耳轴位移明显下降,结构刚强度显著改善。本文研究成果能够为轻型牵引榴弹炮总体布局和上架设计提供一定的参考和借鉴。