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活塞组要承受很高的热负荷和机械负荷，其强度和刚度问题已成为影响发动机动力性、经济性、耐久性和可靠性的关键问题。因此，必须在研发阶段对活塞组进行详尽的变形规律和应力分布分析。本文采用三维有限元方法，对内燃机活塞组组合模型进行机械负荷下的数值模拟，并成功地将拓扑优化方法应用到活塞的结构设计中。具体结论如下：1.在有限元理论的基础上，提出现代活塞的数字化设计流程。2.通过活塞组-缸套-连杆组合接触模型的三维接触分析，明确了某曲杆框架式活塞的变形规律和设计要点，通过与传统活塞的对比研究，验证了该活塞具有重量轻、变形适应性好的特点，为进一步的结构优化提供了依据。3.在有限元分析的基础上，以曲杆框架式活塞为原型，利用HyperMesh软件建立了旨在保证活塞裙部型线变形稳定性的拓扑优化模型，并对销座周围结构进行了拓扑优化。优化结果验证了这种方法的有效性。4.最后对整个研究过程中所遇到的问题和收获做出总结，留下了可供后来者参考的资料，并对今后的工作做出了展望。