火炮发射过程中，弹炮间隙的存在使得身管内膛与弹丸前定心部间不可避免地发生接触碰撞，从而对身管产生激励作用。同时，身管和火炮其他部件的运动反过来又会影响弹丸的膛内运动，造成身管振动与弹丸膛内运动的相互耦合。这种相互耦合作用形成了火炮系统的初始扰动，影响了弹丸出炮口时的运动状态，直接关系到火炮系统的射击精度。因而，建立一种相对准确、高效且充分考虑身管内膛表面复杂性的身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞力模型，描述弹丸膛内运动规律，进而揭示弹炮运动耦合机理，对于准确预测弹丸炮口扰动，提高火炮系统的射击精度具有重要意义。
　　针对上述问题，本文主要从解析接触碰撞力模型和有限元数值模拟结合参数辨识两个方面对中大口径身管内膛与弹丸前定心部间的接触碰撞问题开展系列研究，具体工作如下:
　　(1)研究多刚体系统接触碰撞建模和有限元法接触碰撞建模过程，为后续章节身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞动力学特性分析奠定理论基础。多刚体系统接触碰撞建模方面，建立通用的间隙转动副模型，并给出其运动状态判别方法。基于第一类Lagrange方程建立含约束多刚体系统动力学方程，结合Baumgarte违约修正方法，利用变步长四五阶Runge.Kutta-Fehlberg(RKF45)数值积分方法求解。有限元法接触碰撞建模方面，明确接触碰撞系统约束条件，给出接触碰撞检测方法，结合塑性屈服准则和硬化法则，分析材料弹塑性行为特点，利用罚函数法描述身管内膛与弹丸前定心部间接触碰撞过程，并给出显式动力学方程求解策略。
　　(2)针对传统接触碰撞力模型的局限性，提出一种基于弹性地基模型和高斯数值积分方法的法向混合解析接触碰撞力模型。分析身管内膛与弹丸前定心部模拟样段接触碰撞过程，针对是否考虑膛线，分别提出身管内膛与弹丸前定心部模拟样段接触碰撞状态判断方法。利用混合解析接触碰撞力模型和多种传统的圆柱接触碰撞力模型计算获得身管内膛与弹丸前定心部模拟样段接触碰撞响应，并与有限元数值模拟结果进行对比。计算结果表明:无论是否考虑身管膛线，混合解析接触碰撞模型皆能较好地模拟接触碰撞过程中各物理量的变化趋势。鉴于混合解析接触碰撞力模型的过多假设和简化，也为了得到更加符合内弹道过程中身管内膛与弹丸前定心部间的接触碰撞模型，后续章节从反问题角度出发，提出了一种获取身管内膛与弹丸定心部接触碰撞动力学参数的方法:以混合解析接触碰撞力模型为原型，利用有限元数值模拟结合参数辨识方法，估计获得接触碰撞刚度系数、接触碰撞阻尼因子以及接触碰撞指数变化规律。
　　(3)为检验有限元方法模拟复杂表面接触碰撞问题的可信度，进行相关试验验证。设计并研制身管内膛样段与弹丸定心部模拟样段接触碰撞试验台架，并建立相应的试验台架有限元模型。对比分析试验测量所得结果与有限元数值模拟结果，从而验证有限元方法模拟复杂表面接触碰撞过程的有效性，为后续膛内运动过程身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞数值模拟结果可信度提供依据，同时为参数辨识结果的正确性奠定基础。
　　(4)针对122mm和155mm口径火炮，分别建立身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞有限元弹塑性动力学模型，分析不同初始碰撞速度下相关物理量变化规律(主要包括接触碰撞力、接触碰撞穿透量以及接触碰撞速度)，为参数辨识过程提供输入数据。仿真计算结果表明:接触碰撞最大时刻，发生接触碰撞的身管膛线条数接近总膛线条数一半，说明身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞过程不满足非协调接触条件;随着初始接触碰撞速度增大，接触碰撞力和接触碰撞穿透量逐渐增加，接触碰撞力与接触碰撞穿透量所包围的滞回环面积也越大，表明整个接触碰撞过程能量损失越大。
　　(5)给出参数辨识流程和几种参数辨识算法，对比分析多种参数辨识算法的优缺点。提取有限元数值模拟所得接触碰撞力、接触碰撞穿透量以及接触碰撞速度数据，作为参数辨识过程的输入参量，采用法向混合解析接触碰撞力模型形式描述输入参量间的函数关系。分别针对122mm和155mm口径火炮，利用全局结合局部参数辨识方法，估计获得不同初始碰撞速度下的接触碰撞动力学参数。分别建立接触碰撞刚度系数、接触碰撞阻尼因子与接触碰撞指数与两个接触碰撞体的材料参数、几何尺寸以及运动状态间的函数关系式。利用最小二乘法拟合获得未知物理量与初始接触碰撞速度间的函数关系，从而提出适用于122mm和155mm身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞过程的统一模型。
　　(6)建立火炮发射过程中考虑身管刚柔效应的弹炮耦合系统动力学方程组，分析火炮发射过程中弹丸和炮身受力情况。利用接触碰撞力统一模型模拟弹丸定心部与身管内膛间的接触碰撞过程，仿真获取不同弹丸偏心情况下弹丸和身管炮口在一个发射循环内的相关物理量变化规律。计算结果表明:随着弹丸偏心的增加，弹丸和身管炮口各运动参量幅值逐渐增大。此外，由于身管自重原因，弹丸和身管炮口垂向运动相较于横向运动幅值大。