随着内燃机功率的提高，活塞的工作条件愈加严酷，高的机械负荷和热负荷常常导致活塞销座开裂、环槽早期磨损、顶面烧损以及燃烧室喉口边缘热裂等故障。因此有必要对活塞进行有限元计算分析，弄清活塞热应力和机械压力的分布规律，为改进设计提供依据。活塞的设计日趋成熟，但随着社会的不断发展，各种先进的设计、试验和工艺手段不断涌现，如有限元分析技术在设计上大幅度地提高了活塞强度；如活塞的温度场试验，能非常精确地对活塞的实际工作环境温度进行测量。同时，社会对内燃机的要求也越来越严，尤其是排放、可靠性和节能等方面的要求。如何设计、分析活塞的结构(特别是头部结构)，确保活塞的高温性能和热稳定性，最大限度地提高活塞的可靠性，已成为活塞设计的技术关键。 本文总结了活塞的头部设计基本规律；结合活塞温度场试验，利用“活塞热疲劳试验台架”，对：活塞进行加热、冷却循环试验，准确的模拟活塞热疲劳失效方式，研究活塞结构与热疲劳寿命的关系；利用有限元分析软件，建立活塞三维模型，考虑活塞换热边界条件，结合活塞温度场试验，计算活塞温度场分布、热应力分布，并利用弹塑性有限元分析技术进行了活塞的数值模拟计算，研究活塞热疲劳寿命与热应力的关系，提出采用内冷油道结构强化活塞头部冷却，降低活塞热负荷，对不同结构活塞头部的温度场也进行了对比分析，研究了不同活塞头部结构对温度分布的影响，并在以上基础上对活塞进出油口的结构进行了优化改进，提高其可靠性。 本文以4110活塞为例，研究活塞燃烧室边缘裂纹现象及内腔进出油口处裂纹现象。课题注重了计算机分析技术和试验技术的有机结合，为公司下一步开展铝合金活塞的设计开发工作提供指导。