研究目的及意义：

活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一，它在高速往复直线运动中传递着整个发动机的原动力，并且活塞受力情况复杂，在爆发压力、惯性力、连杆力、侧推力及各种摩擦力等的作用下活塞极易损坏，因此对活塞进行强化势在必行。

目的：使用有限元软件对活塞的瞬态动力学和周期中应力变化情况进行分析，可以找出活塞的薄弱点，从而为活塞强化提供依据。

意义：活塞的工作环境恶劣，受力复杂，所以极易受损。通过有限元对活塞进行分析优化可以有效提高活塞寿命和工作状况，从而实现发动机的高耐久和降噪等目的。可以在提高汽车舒适性和高速性的同时，减少汽车耗能及排放，对汽车的发展有重要作用。

国内外研究现状：

由于活塞在发动机及汽车中的重要地位，国内外学者们对其都有相应研究。中北大学的张立强等人对150发动机的活塞进行了动力学分析，结果表明活塞下行做功时，对TS侧有较大接触力，持续时间较长；上行时，活塞裙部下侧对缸套有较大的冲击，需进一步优化裙部的型线[1]。张立强等人的分析尚不完整，他们只分析了活塞周期运动时的情况，并未分析活塞受力情况。南通大学的杨业等人的工作对此有一定的补充作用，他们对186F柴油发动机的活塞进行有限元分析，发现机械载荷对活塞销座孔内侧上部变形的影响较大[2]。活塞在运动过程中受力复杂，昆明云内动力股份有限公司的杨欣祺等人研究发现活塞承受的气体爆发压力最大的时刻是活塞工作坏境最苛刻的时刻，此时活塞所承担的机械载荷最大[3]。因此对活塞进行机械载荷受力分析时必须对气体爆发压力最大的时刻的活塞受力情况进行重点分析。沈阳理工大学的张宏远等人对活塞进行瞬态动力学分析，得到活塞的变形情况和整个周期的应力曲线，根据曲线判断出活塞最为危险的时刻。在这个时刻活塞的侧壁与圆滑块连接的加强筋圆角处应力值最大，设计时需要进行额外注意[4]。

不仅仅是国内学者，国外学者也对活塞进行了大量研究。例如纳布尔工程学院的A.R. Bhagat等人对活塞进行受力分析，发现活塞工作时裙部容易出现变形而导致活塞头上端产生裂缝，因此，为了降低应力集中，活塞顶应具有足够的刚度以减小变形[5]。此外，玛琅国立大学的Andoko等人对活塞进行分析发现活塞销孔底座的应力值高于活塞环孔底座，最高的应力发生在裙部上[6]。因此在设计时需要注意，防止受力变形影响到活塞的正常工作。

国内外学者对活塞温度场有限元分析的工作对我有很大启发，我将在他们工作的基础上尝试改进，保留他们的优点并弥补不足。对此我需要额外补充的工作有完善模型，使之更加符合实际情况；在分析活塞运动的同时分析活塞的受力情况，找出可能存在的薄弱点；分析气体爆发压力最大时刻的活塞受力情况等

2. 研究的基本内容与方案

本论文是在结合实际的基础上，针对某款发动机活塞的具体情况，使用有限元分析发动机活塞受力情况，试图从中找到活塞的薄弱点，为发动机活塞的优化提供理论基础。

主要研究内容如下：