活塞作为发动机的关键部件,其结构和性能的优劣将直接关系到发动机使用寿命的长短和工作效率的高低。基于拓扑优化在结构高质优化、材料高效分配等方面的独特优势,本文从可制造、可装配以及稳定性的需求出发,对某发动机活塞原始模型进行了拓扑优化分析,并对活塞优化模型的优化效果进行了总体评价。首先,从拓扑优化的基本原理及其表达方法入手,对拓扑优化的密度法材料插值理论进行了相关探讨,并对SIMP材料插值模型及其优化算法的迭代格式进行了公式推导和总结。在此基础上,构建了活塞组合体三维实体模型,分别从静态特性和动态特性角度,对活塞有限元模型进行了温度场、应力场及热-机耦合场的强刚度数值模拟和固有模态分析。其次,根据拓扑优化分析流程,在模型热-机耦合分析的基础上,通过定义活塞优化空间,建立以单元密度为设计变量,位移响应和应力响应为约束函数,体积分数最小为目标函数的拓扑优化模型,完成了活塞的拓扑迭代计算。结合活塞装配关系和工艺特点,对优化方案的初始结果进行圆整光顺处理,获得了活塞的拓扑优化模型。最后通过对比拓扑前后活塞的应力、变形、体积(质量)和模态特性参数,分析评价了活塞模型的整体优化效果,不仅达到了活塞结构优化的目的,而且在一定程度上实现了活塞结构的轻量化设计,进而也间接证明了密度插值方法的正确性和有效性。