随着内燃机强化程度的不断提高,其关键零部件—活塞的工作环境日趋恶劣,所承受的热负荷也大幅度增加。为了提高活塞的强度和可靠性,各类陶瓷相增强的铝基复合材料已被广泛应用于活塞的生产制造当中。硼酸铝晶须增强铝基复合材料具有高比强度、耐磨性能优良、性价比高以及良好的热稳定性等优点,是一种具有发展潜力的活塞用铝基复合材料。考虑到生产成本和铸造便易行,在活塞的生产制造中常常只对活塞关键部位处（如喉口）的铝合金材料进行晶须增强。局部增强活塞中增强部分（硼酸铝晶须增强铝基复合材料）和非增强部分（纯铝合金）之间会形成结合区,由于结合区两边材料之间存在较大的性能差异,结合区往往会因两边材料的不协调变形而产生应力集中,成为活塞发生失效破坏的潜在位置。本文以局部增强Al-12Si合金结构件中硼酸铝晶须增强铝基复合材料和Al-12Si合金之间的结合区为研究对象,通过力学试验与微观分析相结合的方法,深入研究了结合区在活塞典型服役温度条件下的微观组织结构演变、力学性能、疲劳行为及断裂机理,基于临界面模型的思路建立了适用于结合区的疲劳寿命预测模型,并将其应用于局部增强活塞结合区的疲劳寿命预测当中,为局部增强活塞结合区的失效预测提供了方法。本文的主要研究内容如下:（1）对局部增强试样结合区在室温、200℃以及350℃条件下的微观组织结构、力学性能及拉伸断裂机理进行了研究。结果表明:由挤压铸造而成的复合材料微观组织细密,局部增强Al-12Si合金结合区处无夹杂、孔洞等明显缺陷。结合区在室温和200℃时的结合强度较低,力学性能较差;350℃时结合区附近有沉淀强化相聚集后的过渡层形成,结合区结合强度和试样整体力学性能明显提升。室温和200℃时试样断裂位置正好为结合面,表现出明显的快速脆性断裂特征;而350℃时试样断裂在未增强的Al-12Si合金部分,表现出韧性断裂特征。（2）对局部增强试样结合区在室温、200℃以及350℃条件下的疲劳性能及断裂机理进行了研究。结果表明:试样在室温疲劳试验过程中表现出持续的硬化或二次硬化行为,在350℃时则发生自始至终的循环软化行为。试样在不同温度条件下进行疲劳试验时均断在结合面处,室温和200℃时,裂纹萌生于试样表面的金属间化合物团簇和晶须聚集处;350℃时裂纹在粗大的硅相处萌生,沉淀强化过渡层的存在对350℃时疲劳裂纹的扩展有一定的阻碍作用,有利于局部增强试样疲劳寿命的提升。（3）根据低周疲劳研究中的结合面断裂问题,基于临界面寿命预测模型基本理论,结合有限元仿真计算方法,综合考虑结合面强化机制对弹性模量及变形协调性的影响,建立了适用于局部增强试样结合区的疲劳寿命预测模型。通过模型比较,所建立的寿命预测模型能够比较准确地对局部增强试样结合面的疲劳寿命进行预测。（4）通过发动机性能仿真和数值计算相结合的方法,得到具体工况下活塞的热边界条件和力边界条件。利用有限元仿真计算方法对活塞整体的温度分布及应力应变状态进行了分析,根据分析结果明确了局部增强活塞结合面危险点,并对结合区疲劳寿命进行了预测分析,其可靠性满足活塞强化要求。