随着内燃机不断向强化、增压方向发展,内燃机热负荷和机械负荷问题越来越引起人们的重视。活塞组的设计直接影响着柴油机性能、使用可靠性及耐久性。尤其是船用柴油机,对可靠性的要求很高,任何一项强化措施都必须以保证可靠性为前提。因此,对采取了强化措施的柴油机进行热负荷、机械负荷以及热负荷与机械负荷耦合的模拟计算以评估其可靠性,对于柴油机开发是非常重要的。本文就是基于这种考虑,利用大型商用有限元分析软件ANSYS对柴油机活塞头进行热负荷、机械负荷以及热负荷与机械负荷的耦合作用下的有限元分析。本文利用Pro/E建立MAN B&W 6S50MC-C柴油机的活塞头的三维物理模型,再导入ANSYS中划分体网格,施加边界条件后进行仿真计算。首先用ANSYS软件对活塞头进行温度场的三维数值模拟,进而分别分析活塞头的热负荷、机械负荷作用下进行有限元分析,最后分析活塞头在热负荷与机械负荷耦合作用下的应力应变分布。利用经验公式和柴油机示功图计算得出柴油机活塞稳定工况下的边界温度和换热系数,作为计算活塞头温度场的边界条件。利用ANSYS热分析模块计算得出柴油机活塞头在稳态条件下的温度场,以此为基础计算活塞头的热应力和变形分布图；计算出活塞头在最大爆发压力作用下的应力和变形分布图；最后分析活塞在热负荷与机械负荷耦合作用下的应力应变分布。本文在最后还分析了在起动工况条件下柴油机活塞头的传热情况,得到了活塞头上各点的温度变化历程曲线,这有利于进一步研究活塞头的瞬态传热和热冲击。通过分析活塞头的受热、受力情况,得到活塞头内部的应力和变形分布,从而确定最大应力和最大变形的部位,找出危险点,为柴油机的设计、制造和管理提供帮助。总结其特点,确定引起活塞头内部变形过大和应力集中的主要原因；再根据瞬态条件下活塞头上关键点的温度变化历程曲线,判断活塞头在柴油机起动时的传热规律,为活塞头的热冲击和热疲劳研究打下坚实的基础。通过分析活塞在稳态条件下的应力应变分布情况以及在瞬态条件下的温度变化规律,得出在柴油机设计和管理过程中需要注意的问题,以及提高活塞头强度的措施,为柴油机进一步的强化设计提供理论依据。