本文进行了常规的曲柄连杆机构动力学分析方法与使用现代计算机仿真技术的对比，阐述了计算机仿真技术的优势所在，并利用动力学仿真ADAMS软件分别进行了240单缸机和16V240ZJ型机车柴油机轴系的多体动力学仿真分析，计算机动力学仿真分析主要进行了包括各构件的运动与受力分析、16V240ZJ型柴油机的平衡性分析以及柔体曲轴系扭振分析等内容，获得了准确的仿真数据，形成了活塞部件的受力载荷谱。在柴油机设计阶段进行平衡性分析和曲轴系的振动分析，可以为设计选型和具体的结构设计提供依据。 本文对原240型组合活塞失效模式进行了分析，找到了组合活塞裂损失效的原因，针对失效原因确定了组合活塞结构分析路线，利用动力学分析所得的组合活塞部件载荷谱，作为在I－DEAS软件中对活塞部件进行疲劳强度计算的边界条件，进而进行组合活塞结构强度的有限元分析，并进一步进行活塞结构的优化设计，得到以疲劳安全系数为优化参数的240活塞的优化方案，优化方案将原活塞的疲劳安全系数从最小值1．03提高到最小值1．92，大幅度提高了疲劳安全系数。对仿真结果进行了检验和验证，该优化方案在实际工程应用中取得了很好的社会效益和经济效益。