活塞是汽油和柴油发动机的最重要核心部件之一,直接影响到车辆动力性能和安全性,因此活塞制备选材至关重要。重量轻、强度高、模量大（刚度好）、耐高温、耐磨损、耐疲劳的颗粒增强复合材料是发动机活塞的理想选材。由于颗粒增强复合材料（metal matrix composite,后文中用MMCs表示）相比传统铝合金等金属具有更好的抗疲劳性能,因此颗粒增强铝合金复合材料活塞具有更加广阔的应用前景。疲劳破坏是机械结构最常见的失效形式之一,也是活塞在运行过程中的主要失效形式。疲劳破坏通常没有明显的宏观塑性变形,且疲劳失效在远低于材料极限强度甚至屈服强度的情况下发生,容易造成灾难性的事故和后果。有效预测零件疲劳寿命可以减小由疲劳失效导致的损失。本文通过路径规划算法对疲劳裂纹长度进行预估,结合零件的载荷特性对零件进行疲劳寿命预估。本文研究内容主要由以下几点构成:（1）轿车内燃机活塞载荷特性分析。活塞在汽车稳定工况时处于一个循环周期载荷下。通过对活塞进行载荷特性分析,可以得到活塞所受载荷的大小和循环特性,并确定活塞容易发生疲劳失效的危险位置及其温度。（2）裂纹扩展机理分析。裂纹扩展在传统金属材料研究比较成熟,通过建立裂纹失效时的裂纹长度和单次循环造成的裂纹扩展长度,可以有效预测材料的疲劳寿命。在颗粒增强复合材料中,由于引入加强基,裂纹在扩展过程中会发生偏折和分叉。通过程序构建复合材料内部增强基环境,引用路径规划算法找到材料最短的裂纹长度。复合材料中的裂纹长度与疲劳寿命建立联系,可以将复合材料的疲劳寿命问题转化为金属材料的疲劳问题,运用并改进已经成熟的模型对复合材料进行寿命预测。（3）内燃机活塞可靠性分析。将活塞危险截面的载荷大小和温度代入到材料疲劳寿命预估模型中,计算得到活塞的疲劳寿命。根据疲劳裂纹的扩展特性提出了裂纹加速扩展的模型。通过计算得到的疲劳寿命和裂纹长度之间的关系,分析不同寿命环境下活塞的可靠性大小。对金属材料和复合材料的可靠性进行对比分析,可以得出复合材料活塞有更高的可靠性。根据颗粒增强复合材料裂纹扩展特征,对内燃机活塞进行疲劳寿命预估,可以对活塞的设计提供改进空间,减小活塞质量,提高内燃机效率。研究方法也可以推广至其他复合材料部件。