在内燃机燃烧室环境中直接开展全边界条件的研究工作较为困难,通常采用燃烧模拟装置对内燃机燃烧过程进行研究。本文设计优化了一种用于预混气体燃烧的小型扁平定容燃烧弹装置,采用的长方形视窗便于观测从火花塞点火开始的完整燃烧过程。基于已有定容燃烧弹的文献资料和本文研究需求,提出一种长方体20mm×20mm×100mm的小型扁平定容燃烧弹,并对定容燃烧弹的点火装置、进排气装置、压力传感器、温度传感器等进行了针对性设计。采用三维建模软件对定容燃烧弹模型进行建模及结构干涉性检查,为开展有限元分析及结构优化奠定基础。利用有限元法对模型零件进行结构力学分析,并根据强度理论对分析结果进行强度合理性的判断,根据等效应力、总位移及安全系数的仿真结果依次确定各零件可优化参数,通过对各零件模型进行响应面分析,确定了各零件参数的可优化空间,优化后单独零件均符合安全性要求。最后根据定容燃烧弹装配体有限元分析表明:优化后钢材料结构安全系数在5以上,紫铜柔性垫片安全系数在1.4左右;整体结构总位移由0.020102降为0.018587,燃烧室上下壁形变集中部分减少;整体质量由原来的18.03272 kg减小到11.9751 kg,减小了33.6%。