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活塞是内燃机的一个重要零件，不仅结构复杂，工作环境也十分恶劣。活塞工作状态时，受高压燃气压力、高速往复运动产生的惯性力、侧向压力和摩擦力等周期性载荷作用，产生机械应力和机械变形，同时高压气体燃烧产生的高温使活塞温度分布不均，导致活塞产生热应力和热变形[1]。活塞在热应力和机械应力耦合作用下将可能产生裂纹、活塞环胶结以及拉缸等失效现象[2]。

为了保证活塞正常工作，有限元法被广泛应用到活塞的设计计算中。但以往的工作大多对活塞的热应力和机械应力分别单独计算[2-5]。考虑到内燃机在实际工作中，机械应力和热应力是同时发生的，本文以ANSYS软件为工具，以某柴油机活塞为研究对象，考虑到活塞机械应力和热应力的耦合作用，研究这种耦合作用下活塞的强度计算问题。

活塞有限元模型的建立

1.活塞几何模型建立

由于活塞几何形状复杂，直接利用ANSYS软件建立活塞的几何模型，十分困难[6]，而UG软件具有很强的几何造型能力，故对活塞采用UG软件进行几何造型，用*.igs格式保存副本，即得到IGES类型的文件，该文件便可以被ANSYS软件直接导入，从而得到ANSYS几何模型。所建立的活塞几何模型如图1所示。

图1 活塞几何模型

2.网格划分

根据活塞的结构特点，选择structure brick 45单元，对活塞进行网格划分。该单元既适合机械应力分析，也可以进行热应力分析。网格划分后的活塞如图2所示，共有40 339个结点，21 710个单元。……