线式火工分离装置是航天运载器中的关键部件之一。分离装置的设计要点是既要保证结构有足够的静强度，又要实现可靠分离，同时还要求保护罩在分离过程中不会破坏、冲击响应尽可能小。线式火工分离装置的分析与设计是一个非常复杂的多学科问题，涉及爆炸力学、动态断裂力学、结构冲击动力学等。目前主要是通过试验方法确定其技术状态，理论和数值分析方法还没有达到实际应用水平，因此，研究线式火工分离装置的力学性能与结构设计问题具有重要的学术意义和实用价值。 本文研究柔性导爆索和膨胀管两种典型航天运载器线式火工分离装置在爆炸冲击载荷作用下的结构分析和优化设计问题。主要在材料动态性能、保护罩结构动态失效机理、分离结构的动态断裂、数值仿真方法和结构优化设计方法等方面开展了一些探索性研究，主要包括如下几个方面： (1)利用霍普金森压杆、霍普金森拉杆和轻气炮试验技术，开展了航天运载器线式火工分离装置几种典型结构材料的动态本构关系曲线和物态方程参数试验研究。通过对试验结果的分析，提出了必须以结构材料动态性能参数作为线式火工分离装置的设计依据，而且霍普金森拉杆获得的材料动态性能参数比霍普金森压杆的更能反映保护罩等结构材料的动态破坏性能。此外还得到了分离装置保护罩适合采用如6061铝合金等高动态韧性和强度的材料，被切割分离蒙皮适合采用如ZL114A、ZL205A铝合金铸件等具有较高的静强度、低动态韧性和强度的材料的结论。该结论对提高航天运载器线式火工分离装置设计可靠性具有十分重要意义。 (2)运用冲击动力学和弹性波理论，对保护罩断裂现象进行分析；建立了爆炸分离过程的物理模型，分析了保护罩内侧裂纹产生机理，导出了裂纹产生的判据——安全因数。通过对影响因素的分析，认为要提高保护罩抗爆炸动态断裂强度宜采用动态强度极限高、失效应变大的材料。同时，减小能量传递效率也是提高壳体安全因数的一个有效方法。对某种保护罩结构的断裂破坏进行了理论分析、数值模拟与试验验证，三者的结果吻合较好。 (3)建立了柔性导爆索线式火工分离装置优化设计模型，对装药腔和削弱槽结构进行了优化设计，获得了结构的最优形状和尺寸。通过模型转换和采用响应面法，克服了分离装置爆炸数值模拟计算规模大、优化设计目标函数和约束条件难以确定的困难。优化结果明显增大了爆炸时被切割蒙皮削弱槽中的应力，有利于蒙皮爆炸切割分离，达到了提高装置分离可靠性的目的。 (4)研究了膨胀管线式火工分离装置边界刚度对分离性能的影响。通过爆炸分离数值模拟计算，对比了单边、双边膨胀管分离装置分别在上、下端自由和固定边界条件下临界分离药量的计算结果；得到了边界条件的变化对分离性能影响的规律；得出该类装置地面研制试验必须考虑试验件边界刚度的结论，该结论对工程研制具有重要的指导意义。膨胀管线式火工分离装置要求分离面静强度高、动强度低，动、静两种工况对其分离板厚度和削弱槽口的尺寸要求不同，通过建立优化设计模型，完成了其优化设计工作，优化结果提高了分离面的静强度、降低了动强度，进一步提高了装置的可靠性。