在全球石油能源危机和排放法规日益严格的背景下，天然气发动机应运而生。对大功率、增压天然气发动机而言，其燃烧室组件的工作环境非常恶劣，其中又以活塞为甚。在天然气发动机的工作过程中，活塞直接与缸内高温高压燃气接触，承受着剧烈的周期性变化的热负荷和机械负荷。作为发动机动力输出的关键零部件之一，活塞在如此恶劣的工作环境中易发生烧蚀、开裂等故障，严重影响发动机工作的稳定性与可靠性。本文依托YC6MK型天然气发动机试验台架和ANSYS workbench软件，从试验研究和有限元仿真计算两个方面，对活塞承受的热负荷和机械负荷进行了研究。首先，搭建天然气发动机试验台架，测量活塞在标定工况下的温度场。其次，运用Pro/E软件建立活塞的三维全尺寸模型，利用HyperMesh软件对活塞模型进行网格划分，并导入有限元分析软件ANSYS workbench中。然后根据示功图和经验公式计算出活塞的热边界条件，并与试验数据对比，最终计算得到较为准确的活塞稳态温度场。考虑到缸内高温燃气对活塞的热冲击，计算出活塞的瞬态温度场。最后，在活塞稳态温度场的基础上求得活塞的热应力和热变形，并在考虑缸内燃气压力和活塞的往复惯性力的情况下，计算求得活塞在标定工况最大爆发压力点的机械应力和机械变形，最终，在热负荷和机械负荷的共同作用下，计算出活塞的热-机械耦合应力和变形。通过对计算结果进行分析可以得出：YC6MK型天然气发动机活塞在标定工况下承受了较大的热负荷和机械负荷，第一环槽处温度偏高易导致润滑油焦结，产生积碳，活塞销座卡环槽处出现应力集中现象。