本文应用断裂力学的理论,结合试验,在数值模拟的基础上,对硅铝合金活塞机械疲劳可靠性问题展开了研究。1.活塞销孔疲劳试验。利用活塞销孔机械疲劳试验机装置进行的试验表明,活塞顶部及内腔承受的交变液压,在销孔内侧上端处产生很大的棱缘负荷,导致销孔开裂,2.活塞有限元分析。计算了活塞在热应力场、机械应力场以及热-力耦合应力场中的应力应变值。研究表明:在活塞销孔内侧上端出现了应力集中,裂纹开启于此处。分析结果与试验相吻合。通过对活塞实体模型加载交变的机械载荷,采用隐式算法(Newmark法)进行了活塞的瞬态动力学分析,得到了活塞销孔危险部位的循环应力幅值。3.形状几何因子表达式。本文采用“自上而下”的子结构模型法施加裂纹体,计算了裂纹尖端的应力强度因子,计算值与应力强度因子手册中给出的理论值非常吻合,最大误差不超过6%。分析可知,热载荷对裂纹尖端的应力场起很小的作用,而起决定作用的是机械载荷。因此,忽略热载荷的影响,利用最小二乘法,拟合出了活塞在机械应力场中的形状几何因子的表达式。4.基于线弹性断裂理论,分析出活塞裂纹属于Ⅰ型裂纹,开启于销孔内侧上端应力集中处,属于孔边角裂纹;经过交变载荷长时间的加载,裂纹会继续扩展到内腔处,成为表面裂纹,最后断裂失效;在Paris疲劳寿命经验公式的基础上,给出了修正的疲劳寿命估算公式。估算结果表明,活塞疲劳寿命与试验值吻合。