火炮摇架是火炮重要部件之一。传统的摇架设计方法一般是在力学模型简化的基础上,按照经验公式来确定零部件断面尺寸,为了保证零部件具有相当的刚强度,摇架上的钢板厚度和筒壁厚通常较大,总体质量往往较大,不仅浪费了较多的材料,也不满足火炮轻量化的要求。本文针对火炮摇架结构轻量化的要求,结合国内外结构优化设计和轻量化技术的研究方法和手段,以某型火炮摇架为研究对象,基于火炮摇架结构本身特点和承载特性,在力学分析的基础上利用有限元法对火炮后坐过程中的摇架动态响应进行了仿真计算和数值模拟,并通过结构优化设计理论和方法对摇架结构进行了优化分析。优化后的摇架结构不仅刚强度有所保证,而且结构较为合理、质量更轻,初步达到了火炮摇架结构轻量化的目的。本文首先在摇架力学分析的基础上利用有限元分析方法对火炮后坐过程中的动态响应进行了仿真计算和数值模拟,得到了摇架在冲击载荷作用下的最大应力和变形量。其次,在有限元分析的基础上,针对火炮摇架减小质量、保证刚强度的设计要求,采用结构拓扑优化方法,建立了以摇架密度和单元刚度为设计变量、以摇架材料的许用应力以及相关制造工艺为约束条件、体积最小为目标函数的优化模型,分析得到了一种摇架结构方案。相比原结构,优化后的摇架重量减重效果明显,应力分布更加均匀,提高了材料利用率,达到了轻量化的目的。