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内燃机热负荷和机械负荷的不断提高，对活塞、缸套等热端部件的强度和刚度提出更加严格的要求。活塞和缸套与高温燃气直接接触的同时受到进气、冷却水等冷却介质影响，亦承受交变机械负荷，工作条件恶劣，易发生强度不足、变形严重、配合不良等问题。进行热-机械负荷作用下的活塞-缸套瞬态应力及形位公差研究，对提升柴油机可靠性有重要意义。
目前活塞-缸套仿真分析中存在几个问题：一是活塞顶面和缸套内壁的温度高且波动剧烈，现有的研究多以流场仿真结果的时域平均值为边界，不能反映温度的波动。二是热应力计算中引入位移约束导致应力集中，三是实测缸套动态形位公差不易实现。本文结合燃烧仿真、有限元分析和单纯形算法，在考虑进气冷却作用下研究活塞-缸套的强度和形位公差，探索利用仿真手段计算圆柱状零部件形位公差的方法。
通过燃烧仿真得到活塞顶面的传热边界条件，建立活塞-缸套-机体有限元模型，结合移动边界加载方法，研究活塞-缸套的瞬态温度分布，并以热电偶测温实验来验证温度场仿真结果。结果表明，考虑进气冷却效应的活塞温度场仿真，能更准确地反映活塞顶面温度在时间上的波动和空间上的不均匀。但进气过程中低温新鲜空气的冷却作用对缸套温度分布的影响不明显，缸套温度空间分布主要受高温燃气冲击和冷却水换热的影响。
建立非线性接触对，通过曲柄连杆机构动力学计算得到机械负荷，结合温度场仿真结果，计算活塞和缸套的瞬态热应力、机械应力和热机耦合应力，根据第四强度理论进行强度分析。结果表明，设置非线性接触边界条件能避免活塞产生刚体位移，又极大减弱人为的热应力集中现象。活塞进气侧较排气侧的冷热温差大，观察点的热应力高出11.9%。热机耦合应力危险点主要在活塞主、次推力面、销孔上半部和缸套头部，机械负荷较热负荷对活塞热机耦合应力的影响大，而缸套的热机耦合应力主要受热负荷影响。热、机械应力有一定程度的相互抵消。
结合有限元方法，单纯形算法和最小二乘法，选用失圆度、同轴度等参数评价缸套的变形，提取活塞型线变化，研究各载荷对活塞-缸套变形的影响。研究发现，缸套失圆度主要受侧推力影响，同轴度主要受气缸爆发压力影响，侧推力易引起活塞型线变化和变形不均匀。热负荷对缸套失圆度、同轴度和活塞型线变化的影响较机械负荷小。型线计算结果为活塞裙部润滑油压、摩擦功耗计算及裙部型线优化提供了参考。
目前活塞-缸套仿真分析中存在几个问题：一是活塞顶面和缸套内壁的温度高且波动剧烈，现有的研究多以流场仿真结果的时域平均值为边界，不能反映温度的波动。二是热应力计算中引入位移约束导致应力集中，三是实测缸套动态形位公差不易实现。本文结合燃烧仿真、有限元分析和单纯形算法，在考虑进气冷却作用下研究活塞-缸套的强度和形位公差，探索利用仿真手段计算圆柱状零部件形位公差的方法。
通过燃烧仿真得到活塞顶面的传热边界条件，建立活塞-缸套-机体有限元模型，结合移动边界加载方法，研究活塞-缸套的瞬态温度分布，并以热电偶测温实验来验证温度场仿真结果。结果表明，考虑进气冷却效应的活塞温度场仿真，能更准确地反映活塞顶面温度在时间上的波动和空间上的不均匀。但进气过程中低温新鲜空气的冷却作用对缸套温度分布的影响不明显，缸套温度空间分布主要受高温燃气冲击和冷却水换热的影响。
建立非线性接触对，通过曲柄连杆机构动力学计算得到机械负荷，结合温度场仿真结果，计算活塞和缸套的瞬态热应力、机械应力和热机耦合应力，根据第四强度理论进行强度分析。结果表明，设置非线性接触边界条件能避免活塞产生刚体位移，又极大减弱人为的热应力集中现象。活塞进气侧较排气侧的冷热温差大，观察点的热应力高出11.9%。热机耦合应力危险点主要在活塞主、次推力面、销孔上半部和缸套头部，机械负荷较热负荷对活塞热机耦合应力的影响大，而缸套的热机耦合应力主要受热负荷影响。热、机械应力有一定程度的相互抵消。
结合有限元方法，单纯形算法和最小二乘法，选用失圆度、同轴度等参数评价缸套的变形，提取活塞型线变化，研究各载荷对活塞-缸套变形的影响。研究发现，缸套失圆度主要受侧推力影响，同轴度主要受气缸爆发压力影响，侧推力易引起活塞型线变化和变形不均匀。热负荷对缸套失圆度、同轴度和活塞型线变化的影响较机械负荷小。型线计算结果为活塞裙部润滑油压、摩擦功耗计算及裙部型线优化提供了参考。