随着排放法规的日益严格,高转速、高功率、低油耗和低排放等特性已逐渐成为内机发展的主流方向。为了提高发动机的功率和转速,必须考虑其在温度和强度方面的需求。活塞作为柴油机的主要受热零件,经常处于高温、高速和高周期性热负荷作用的工作环境中,冷却困难。而其结构强度与传热特性是影响发动机耐久性、可靠性和经济性的关键。所以,改进活塞的结构设计对发动机强度的提高至关重要。为了寻找活塞结构参数对其传热特性和结构强度的影响规律,文章以某增压柴油机为研究对象,采用三维有限元分析法进行了一系列的研究工作。(1)活塞热机耦合应力和变形的有限元分析与计算首先,根据经验公式估算活塞外表面热边界条件,并利用Fire软件对内冷油腔进行CFD计算,通过映射得到活塞内冷油腔表面的热边界条件。然后,根据活塞表面特征点温度实测值,利用ABAQUS软件结合试算法得到活塞外表面的热边界条件和活塞温度场。最后,将温度场作为热预载荷计算出活塞的热机耦合应力和变形。(2)内冷油腔结构参数对活塞传热特性和结构强度的影响研究通过有限元方法(FEM)和数值模拟方法研究了不同内冷油腔结构参数对活塞传热和结构强度的影响。分析结果表明：内冷油腔的存在对活塞的传热和强度都有影响。在活塞头部增加油腔可以改善其传热,但同时也会削弱活塞整体的结构强度。适当减小油腔表面积可改善顶面受热,并降低了油腔、回油孔和销座位置的应力和变形。适当将内冷油腔向顶面移动可明显改善活塞头部的传热特性,并使活塞头部、销孔和回油孔位置的结构强度增强。通过正交试验分析发现,内冷油腔表面积对活塞温度和变形的影响最大,内冷油腔中心线距顶面距离对应力分布的影响最大。正交试验的最优组合为：截面形状为等截面型,中心线距顶面19mm,而油腔表面积为6627mm2。(3)活塞其他主要结构参数对其传热特性和结构强度的影响研究通过三维有限元方法研究了不同活塞结构参数对其传热特性和结构强度的影响。分析结果表明：销座长度对活塞传热特性影响不大,对销座的结构强度影响较大,增大销座长度可降低此处应力。销座直径对销座位置的传热和强度存在较大影响；增大直径销座温度升高同时应力减小,但回油孔位置应力增大。火力岸厚度对活塞头部传热特性以及销座和内冷油腔的结构强度影响较大；火力岸厚度增大,头部温度升高变形减小,销座和油腔表面应力增加。同侧回油孔间的距离对活塞顶面、回油孔和内冷油腔强度有影响;适度增加距离,回油孔和油腔应力减小,顶面应力增加。通过正交试验分析发现,火力岸厚度对活塞温度和变形影响最大,销座直径对应力分布影响最大。正交试验的最优组合为：销座长度80.5mm,销座直径35mm,火力岸厚度8mm,回油孔相对位置52mm。