活塞、活塞环、缸套是发动机的核心零部件，它们的使用性能不仅和发动机的动力性、经济性和排放性密切相关，同时还制约着发动机的可靠性。目前已知这三个零部件的主要失效形式是表面失效中的磨损失效和疲劳失效，因此对表面磨损失效机理以及它们的磨损特性和疲劳特性的研究将有利于改善它们的使用寿命，提高发动机的工作性能和可靠性。　　 本文首先建立了一磨损模拟模型来研究不同的加载路径对磨损模型最终所处状态的影响。该磨损模型由一个刚性平面和一个具有真实粗糙度表面形貌的弹性有限元模型组成，在模型中采用完全的热机耦合，并考虑材料本构关系随温度变化的影响，使得模拟模型更加精确。最终模拟结果显示不同加载路径下磨损后粗糙度表层形貌、温度分布、应力分布都不相同，加载路径对磨损模型温度分布的影响主要体现在模型的表层，沿着模型的厚度方向对温度分布的影响逐渐减小。但其对磨损模型应力场分布的影响不仅体现在模型表层，不同加载路径下模型内部应力场分布差异也很大。　　 然后，本文利用现有软件AVL.GLIDE对某活塞-活塞环-缸套系统的接触润滑特性进行模拟，将模拟结果与Archard磨损公式、求接触温升的Kuhlmann-Wilsdorf方法相结合，建立活塞-活塞环-缸套系统的磨损模型，对活塞、活塞环、缸套磨损特性进行分析，得到了它们的磨损形貌和运行过程中的接触温升。模拟结果显示活塞环第一环的磨损最严重，活塞的磨损主要发生在活塞裙中部，而缸套在顶部附近磨损严重。整个系统在运行过程中没有粘着磨损发生，这和该发动机的实际运行情况是相符的。　　 最后，本文对某钢顶铁裙组合式活塞进行了静态温度场模拟和静强度计算。结果显示活塞项的最高温度出现在排气口侧，燃气压力和热负荷对活塞结构变形和应力分布的影响远远大于惯性载荷和装配载荷。在此基础上，本文对活塞静压试验台的试验工况进行了模拟，模拟结果的应变分布趋势和变化规律和试验结果相符。然后，本文对该活塞进行了无限寿命疲劳分析、热疲劳分析和高周机械疲劳分析。疲劳分析结果显示不同疲劳形式下活塞疲劳失效部位各不相同，在机械载荷下结构承载大的部位先发生疲劳破坏，在热载荷下活塞顶提升孔处先发生疲劳破坏。因此，在活塞的失效分析中需要在静强度校核和无限寿命疲劳分析的基础上综合考虑活塞的热疲劳和高周机械疲劳，对活塞的结构作进一步的优化设计。