在自动、半自动火炮射击过程中,负责完成抽出药筒任务的是炮闩装置中的抽筒系统。由部队训练和对越自卫反击战中的统计数据以及现有文献归纳可知,抽筒系统故障主要有两个方面:一是在抽筒过程中,药筒在抽筒力(抽筒系统产生)和抽筒阻力(弹道膛压产生)的综合作用下被“拉断”,无法完全顺利抽出;二是抽筒系统功能部件发生塑性变形甚至动态断裂,导致抽筒失效。这将导致自动火炮停止工作,影响其战斗力的充分发挥。针对上述火炮抽筒系统存在的药筒卡壳、构件塑性变形甚至断裂等问题,本文以立楔式炮闩的抽筒系统为研究对象,基于动力学理论和虚拟样机技术,对抽筒过程的接触碰撞动态特性进行了研究,并进行了抽筒系统关键部件—抽筒子的结构优化设计。首先,建立了中小口径火炮立楔式炮闩抽筒系统的三维模型,分析了抽筒过程的工作机理;运用静态弹塑性理论和非线性有限元技术对抽筒过程进行了理论分析,得出药筒不会被“拉断”的临界膛压值,并确定了恰当的抽筒时机;根据残余膛压和药筒的指定运动获得了抽筒阻力的变化规律,得出了抽筒系统动态响应的工作阻力。其次,为实现药筒指定运动下的顺利抽筒,建立了抽筒系统的连续接触动力学模型;推导出了系统各构件所需的运动,得出了系统内碰撞力和抽筒力的变化规律,为研究构件的结构强度提供较为真实的冲击载荷。再次,建立了抽筒系统的关键部件—抽筒子的平板含孔结构的弹性波动方程,并采用时域有限差分方法对所建方程进行数值计算;推导出抽筒子在抽筒过程的动应力分布、应力集中区域;并定性地研究各个介质力学参数(弹性模量、泊松比和密度)以及撞击速度的变化对动应力幅值和波动的影响。最后,对抽筒子进行了动态有限元分析,获得了抽筒过程中抽筒子的等效应力分布,结合理论计算结果,进一步确定了抽筒子的应力集中区域;对抽筒子进行了拓扑优化设计,获得了材料的最优分布,在此基础上对抽筒子进行了重新设计,并对改进后结构进行了有限元分析,分析结果验证了优化后的抽筒子结构具有更好的力学性能,为解决抽筒故障提供了合理且有效的途径。本文为解决抽筒故障问题提供了理论依据,并为研究抽筒系统的动力学优化、动态强度设计等做铺垫。