现代机械为人类生活、生产、制造带来便利的同时,也激化了人类与环境之间的矛盾,地球资源的不断匮乏推动了国家能源政策和排放法规的发展和收紧,某重型柴油机为了适应最新的排放法规部改进成为燃气发动机以达到降低排放的目的,但同时这种改进也带来了一些新的问题,气门出现磨损量显著增大的现象,试图通过结构优化来降低燃气发动机的气门磨损。为此本文从减少气门磨损量出发,观察磨损后的气门,分析探究气门磨损机理,并创建有限元计算模型,设计正交试验分析结构对气门磨损的作用效果。本文的主要工作和结论如下:1.观察磨损后的气门锥面,对其表面材料成分分析,明确气门磨损主要分为冲击磨损和滑动磨损两种机制,并且确定两种磨损机制下的主要磨损形式和磨损量计算方法,其中冲击磨损量使用能量法计算,滑动磨损量则根据考虑温度影响的修正Archard磨损理论计算。2.建立晶体尺度下基于塑性损伤的2D有限元模型,在网格之间插入cohesive单元真实模拟材料微观结构,以正确仿真气门磨损面在作用力下的微观塑性变。3.根据热边界条件的不同将气门分为七个区域,计算得到气门落座后的温度。进行瞬时动态仿真,得到冲击磨损过程和滑动磨损过程中的弹塑性变形、载荷应力、接触压强和相对滑移速率。结果表明由于气门锥面差角的存在,编号为6的节点磨损情况最为严重,并且发生塑性损伤造成永久变形,因此周期循环下的磨损不是简单的单次磨损量的叠加,建立了考虑落座次数的气门磨损计算公式。4.调研气门各结构对气门磨损的影响,制定三因素五水平的正交试验进行有限元仿真,分析了气门头部厚度、气门锥面角度以及气门颈部半径对气门工作过程中产生的接触压强、相对滑移速度和气门温度的影响,确定气门锥面角度对气门磨损量影响最为直接,最终确定了最佳气门优化结构使得气门磨损量降低29.1%。