近些年来,随着汽车的不断普及,汽车发动机的拉缸、烧机油成为汽车故障的重要问题而日益受到人们的普遍关注,而发动机拉缸、烧机油问题通常与活塞的裙部的设计密切相关。因此,有必要对涉及活塞裙部设计基础理论问题进行深入研究,从活塞开发阶段就应当要考虑到活塞裙部型面的设计问题,从而降低发动机故障问题。目前,关于活塞裙部结构设计问题,学术界及工程界尚不能提供明确的理论依据,在实际的活塞正向开发过程中,关于活塞裙面结构的相关参数是否能够满足发动机各种工况,设计人员尚无完全把握。因此,运用现代有限元方法对活塞裙面结构涉及的热力学、变形等问题进行分析研究,获得较好的裙面结构设计方案。研究成果不仅能降低正向开发过程中的诸多繁杂工作,也在降低发动机故障率等方面具有实际的工程价值,而且对于提高企业核心竞争力及促进我国活塞设计研发方面具有积极的意义。本文首先从汽油机活塞设计的基本概念及理论基础入手,结合现实中的裙部拉缸故障形态,找出与裙部拉缸故障相关的因素,采用CAE方法及模拟活塞运动的手段,分析其在工况下受热变形规律,从而掌握活塞变形规律,进而为改进活塞设计提供依据。主要研究内容包括:1.介绍了活塞结构及裙面形状,分析了活塞拉缸失效主要影响因素,探讨了活塞裙部设计不合理导致的拉缸失效故障,对活塞裙面拉缸机理进行研究。2.建立活塞有限元分析3D模型,确立计算活塞温度场和受力变形场的理论依据;构建活塞热传递、边界载荷施加模型,确立活塞热变形、热边界条件、载荷、位移边界条件;基于主机厂提供的发动机相关参数及边界条件的确立,通过热载荷及静态载荷的耦合变形分析计算出活塞热态变形量,最终得出了活塞裙面相关参数。3.以一款某汽车发动机活塞为实例,验证本文的研究成果。通过本文研究,基本上实现了活塞裙部型面的优化设计,并通过设计结果验证了活塞裙部容易拉缸的位置,有利于降低因活塞型面结构设计不合理导致的拉缸事故。