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活塞长期在高温、高压、高速和润滑不良的条件下工作。工作环境恶劣，使活塞容易发生损伤破坏，影响发动机的整体性能。本课题通过有限元仿真计算分析，揭示实际工况下活塞的应力与温度分布。从而判断活塞结构的合理性。为不同使用条件下的活塞提出统一的，一般化的结构优化方案。为发动机和活塞的性能提升提供理论指导。
通过有限元计算分析，发现活塞自身的结构对其机械及热稳定性有较大的影响。活塞自身的尺寸小，而其工作环境中所承受的应力与温度梯度却非常大。因此使得活塞结构中任何一处的尺寸剧烈过度都会引起非常大的应力集中与温度梯度。另外，活塞顶部承受主要温度变化，而下面的裙部及底部的温度变形则相对平缓很多。
因此，活塞的优化设计中需要重点考虑两个方面的内容。一是活塞内部的结构需要非常精细，要避免任何的尺寸突变，所有的槽及孔洞处都必须要有尺寸过度的倒角或是倒圆;二是活塞顶部需要热稳定性优良的材料才能承受巨大的温度梯度，而裙部及底部则不需要，亦即活塞可考虑由两种或两种以上的不同材料制作，而不一定只能用单一材料制作。