随着城市雾霾等环境问题的日益严重，石油等非再生能源的不断消耗，节能与环保成为了社会发展的主题。在发动机领域，缓解能源紧缺和控制污染物排放亟待解决，开发清洁优质能源和寻找代用燃料已是大势所趋。近年来，天然气发动机在汽车、船舶、电力等行业得到了广泛的应用。天然气发动机在燃烧物排放方面具有明显的优势，但在实际运用中也存在着一些问题，主要是天然气发动机的早期磨损、腐蚀和热负荷较高等问题。活塞是发动机的核心部件，出现故障会直接导致发动机不能正常运行。活塞的热分析对了解活塞的温度场分布、评估活塞的热负荷具有重要的意义。　　本文以某型号天然气发动机的活塞为研究对象，通过三维建模软件CATIA建立活塞的实体模型，并利用有限元前处理软件HyperMesh创建活塞的有限元模型，通过ANSYS仿真软件对活塞进行稳态热分析，得到活塞的稳态温度场。在台架试验的基础上，通过硬度塞法试验测量天然气发动机活塞硬度塞测点的温度值，得到活塞测点温度值的试验数据。再将活塞温度场仿真结果与台架试验得到的测点数据进行比较分析，不断修正以得到准确的温度场仿真结果。在活塞热分析的基础上，对活塞顶部进行热障涂层处理，建立双层热障涂层活塞的有限元模型，通过ANSYS软件仿真分析有无热障涂层天然气发动机活塞的温度及热应力分布的差别。通过APDL语言建立功能梯度热障涂层活塞参数化模型，仿真计算得到功能梯度热障涂层活塞的温度场和热应力分布。分析比较无热障涂层活塞、双层结构热障涂层活塞和功能梯度热障涂层活塞的热分析结果，研究不同结构涂层对活塞的温度应力分布的影响。　　通过活塞的热分析研究，可以了解天然气发动机活塞的稳态温度场和应力的分布，可知在额定工况下活塞的最高温度达到348℃，位于燃烧室喉口环区；最大热应力出现在活塞镶圈处，这是由于活塞基体与镶圈的材料差异性导致受热膨胀不匹配而引起的。通过对热障涂层活塞的仿真研究，可知热障涂层能够有效的降低活塞基体的温度及热应力，并且在陶瓷涂层厚度相同时，双层涂层的隔热效果比功能梯度涂层的更好，而功能梯度涂层与活塞基体的热应力相对更小，粘结性能比双层涂层更强。