本课题以汽油机的活塞为研究对象。为提高汽油机的动力性,改善经济性,降低排放,将汽油机进气方式由自然吸气改为增压。原汽油机活塞安装在增压后的汽油机内进行可靠性试验,试验后活塞销孔周围出现裂纹,因此需要对活塞结构进行改进,以满足增压后的使用。在汽油机运行过程中,由于受到由燃料燃烧产生高温气体的影响,活塞头部的温度载荷较高,然而裙部不直接与燃气接触,温度相对较低。因此从活塞的头部到裙部之间存在温差产生热应力。此外,活塞顶部受到高压燃气的冲击产生机械应力。因此在活塞的仿真分析与优化设计中,既要考虑热载荷也要机械载荷对活塞做热力耦合分析,保证活塞使用的可靠性,还要对结构改进后的活塞进行疲劳寿命预测,保证活塞使用的耐久性。国内外在活塞热力耦合和疲劳寿命预测方面均有研究。目前普遍采用计算流体力学和有限元分析理论相结合的方法研究活塞的传热情况,而对疲劳的研究主要为采用疲劳仿真软件对活塞进行疲劳寿命仿真预测和运用发动机台架进行疲劳与耐久性实验研究两种方式。本课题基于传热学理论和非线性有限元分析方法理论,应用软件对活塞进行建模仿真分析,结合活塞温度测试试验对活塞的模拟温度场进行验证,然后导入热载荷和机械载荷的边界条件,计算出活塞在热力耦合作用下的综合应力情况,再根据计算结果对活塞结构进行改进并再做耦合分析。计算表明结构改进后活塞的最大应力值降低了129.63MPa,有效减少应力集中现象,验证了活塞结构设计的合理性。对活塞进行疲劳寿命预测,计算出活塞的疲劳寿命为1.49e7,最后得出了结构改进后活塞的可靠性和耐久性满足增压汽油机使用的结论。