内燃机是十分常见的机械动力设备，它广泛地应用于船舶，汽车，工程机械设备等机械工程领域，对人类的生产与生活有着深远的影响。

目前人们对发动机的活塞越来越重视，内燃机活塞从材质和大小都发生了重大的改变，对设计出来的内燃机活塞进行校核，可以使四缸发动机活塞更加趋于合理。合适的内燃机活塞不仅能大大改善机体运行的流畅性，还能使内燃机活塞与气缸减少摩擦损失，增加效率，还能提高缸内气体压力和燃气压力。同时考虑到应力和变形；对活塞的经济性、使用性和可靠性进行判断，是否能满足人们的需求，并进一步得到完善活塞的方案。83967

一、国外研究现状

国外对活塞的研究比国内早的多，因此对活塞的研究技术也比较成熟，国内也一直在追寻国外的步伐，与国内相比他们更加注重技术的创新。

1978年，来自苏联的M。K。O等人高强化的柴油机的活塞的应力和热状态进行了分析，此次试验中尝试了用两种不同方法让冷却介质带走活塞头的热量，一种是从中心而另一种从顶部和支撑外腔，实验表明：润滑油的冷却状况和燃气和空气的恶化会导致热应力的的升高，热应力剧增和局部过热是由于燃料的喷雾差和滴漏。1979年，来自西德的GerhardWoschni和JohannFieger在西德内燃机研究协会做了确定高速柴油机活塞局部传热系数的报告，报告中局部传热系数是由温度场的测量和计算确定的，此次报告认为通过温度场的计算和测量求得活塞散热面上变化情况和局部传热系数是非常成功的，并且在知道起点的情况下，在电解槽中模拟高的热渗透，可求得理想温度场，并能快速改变冷油道位置和零件形状。

近些年，欧洲一些汽车公司将目光聚焦在活塞的质量上，注重减轻活塞的质量。活塞的质量受到活塞的压缩高度的影响，当活塞的压缩高度减少，活塞的质量就会大大较少。以常用的柴油机活塞为例，活塞的质量主要集中在活塞的头部，而头部就处于活塞压缩高度以上。现在降低活塞质量的措施主要有四种，分别为：油环环岸高度的降低、顶环高度的降低、对二环的优化和对活塞销直径的缩小。

虽然上述措施能够降低活塞的质量，但还是达不到这些活塞设计公司的需求，这些公司加强研究，不断对技术创新。非对称设计裙部受到的反推力和侧推力。活塞在正常工况运行下，对反推力和推力进行比较，推力大于反推力，所以尽量减少活塞受反推力区域的面积，以达到减轻活塞重量的目的；对活塞销形状的优化，活塞销长度的减少，对活塞销座的形状进行改变，楔形形状可以达到减少活塞销的总长度的目的。

二、国内研究现状

在内燃机这一方面国内起步较晚，自然对内燃机的分析技术也比较落后，通过借鉴国外的技术和分析方法，并通过和国外公司的技术交流，国内一些知名企业和研究院在对柴油机分析上也取得比较大研究成果。

1963年，上海交通大学的翁中杰、王盛平进行了内燃机的活塞温度场的热电比拟实验，他们对热电比拟的方法与理论分析方法得到的活塞温度场进行比较，认为前者既方便又准确。1974年，交通部戚墅堰机车车辆工厂和上海内燃机研究所对16V200柴油机的活塞温度场进行试验研究，认为改善活塞的工作状况潜力巨大，要对振荡冷却效果进行改善，得出冷却过程要合理和降低进、出口冷却油温度的结论，同时认为采用铝合金制造活塞是合理的，因为铝合金活塞有利于承受机械负荷和热负荷。1977年，复旦大学、同济大学、上海内燃机研究所、大连热力机车研究所和戚墅堰机车车辆工厂对16V200ZL-2高速柴油机的钢头铝裙组合金活塞的活塞头的温度场进行了电子计算，得出以钢头组合活塞不仅有较强的振荡冷却效果，还能改进铝活塞的一些缺陷：过高温度的第一环槽、环槽磨损过限和环岸断裂。1989年，大连理工大学的李约上、刘正白等人对6E150C型柴油机的温度场进行了理论计算和实验研究，他们采用了有限元分析方法，并对6种活塞方案进行了比较计算，得出的计算结果与实验测试得到的结果相吻合。过高的活塞热负荷，会是活塞第一环槽处温度过高，这是活塞产生拉缸现象的重要原因。同年，大连海运学院的魏普宁对活塞的热变形做了有限元分析。在此分析中可以看出，链板周边几何形状是否合理，受到可靠性疲劳寿命、强度条件的影响。这次有限元分析，为优化活塞结构设计提供了基础。1995年，来自天津大学的李林安、佟景伟等人和天津内燃机研究所的刘世骐和刘桂莲得到了非对称活塞模型的稳态温度场，并对此温度场做了三维有限元分析。从分析的结果可以看出，温度梯度在活塞环槽和燃烧室周围比较大，横截面处温度分布不对称，活塞顶部到底部逐渐降低，在此次分析用到的三维有限元分析达到了中、小型计算能力的程度。同年，他们又对在机械载荷和温度耦合作用下活塞的变形和应力做了三维有限元分析。从得到的应力分布图可以看出，需要测定在温度变化下E、的变化规律，以便得到更准确的位移应力解，拉应力和压应力最大处活塞销处，因此对其局部结构进行修改如销座孔改为斜面。2005年，北京理工大学的原彦鹏、张卫庄等人对高强化内燃机的活塞瞬态温度场进行了研究，得到了其分布规律，瞬态温度波动最大在铝合金活塞边缘处，活塞顶部瞬态热应力是活塞顶面损毁的原因之一，其中快速冷启动工况，它的活塞温度满足指数变化规律。2010年，内蒙古工业大学的谢琰、席明智等人对有缩口四角燃烧室的柴油机的温度场进行了试验研究，这种类型的燃烧室温度分布不均匀，中心凸起部分、底部温度较低；排气侧、喉口部分温度较高，并且第一环槽温度过高成为活塞长时间运行的阻碍。2015年，武汉理工大学的郑卫刚、胡磊等人使用ANSYS对活塞的温度和热应力场进行仿真研究，得到了活塞瞬态温度场和热应力分布规律，温度场分布不均匀，温差较大的原因是油冷作用，因此引起的活塞应力会导致活塞变形。引起活塞与缸套的摩擦。