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随着高效节能与超低排放要求的日益严苛，内燃机低摩擦研究日益迫切，缸套-活塞环关键摩擦副表面织构技术受到了国内外学者的广泛关注。目前针对表面织构的研究热点已由原来的对单一织构的几何参数优化研究，逐渐向复杂织构形貌的设计与优化发展。然而对于复杂织构的作用机理尚有待探明，优化设计亦缺少相应的理论指导，从而使得表面织构技术难以在生产实践中批量应用。因此本文以495柴油机缸套-活塞环摩擦副为研究对象，分别对凹腔织构和沟槽织构两种不同几何形状的表面织构耦合作用机理进行了研究，并在此基础上探讨了复合织构对缸套-活塞环摩擦副润滑性能的影响规律，采用理论分析和试验研究相结合的方法，对复合织构几何参数进行了优化设计。本文的研究不仅对表面织构的耦合作用机理进行了阐述，同时对复合织构几何参数对摩擦副润滑性能的影响规律进行了研究，为表面织构技术在缸套-活塞环摩擦副的应用提供了相应的理论基础，对于内燃机摩擦学性能的改善也有积极的工程实用意义。本文主要研究内容如下:
首先，针对缸套-活塞环摩擦副系统，综合考虑表面织构形貌与非织构区表面粗糙形貌及表面织构相互之间的耦合作用，建立缸套-活塞环摩擦副的混合润滑理论模型，利用变异的多重网格法对模型进行求解，得到摩擦副整个工作循环过程中的油膜厚度、无量纲油膜压力和无量纲摩擦力等摩擦学性能特征参数。
其次，利用理论模型，分别考察了凹腔和沟槽织构的耦合作用机理，得出随着织构形貌数量的增加，织构之间润滑油膜相互作用，使得在流体润滑条件下，润滑油膜压力分布渐趋均匀，油膜压力峰值逐渐减小，油膜压力梯度减小;而在混合润滑条件下，即低速高载的上止点区域附近，相邻织构边界区域相互促进，进一步提高了油膜压力峰值，油膜承载能力亦进一步提升，降低了微凸体接触力。对于凹腔织构，4×4凹腔组合相对于单凹腔，平均有效摩擦损失压力(Friction MeanEffective Pressure，FMEP)降低了46.8％，而对于沟槽织构，沿活塞运动方向上1×4沟槽组合相对于单沟槽，FMEP降低了18.3％。
然后，考察了两种复合织构（凹腔与沟槽复合织构和两条沟槽交叉复合织构）润滑性能进行，并与传统凹腔织构润滑性能进行了对比，同时对两种复合织构几何参数进行了优化。结果表明:相对于凹腔织构，交叉沟槽织构FMEP降低了19.4％，而凹腔与沟槽复合织构则降低了7.2％。对于凹腔与沟槽复合织构，凹腔半径为30μm，沟槽角度为75-90°，面积占有率为0.55时，FMEP最低;对于交叉沟槽织构，面积占有率为0.1，沟槽角度为60°，沟槽深宽比为0.025-0.05时，FMEP最小。
最后，利用UMT-2摩擦学试验机对表面织构的摩擦学性能进行了试验验证研究，结果表明:与表面未织构试样相比，单一凹腔织构试样表面摩擦系数能降低20％，凹腔与沟槽复合织构能够降低近30％，交叉沟槽织构试样摩擦系数降低了43.6％。对于凹腔与沟槽复合织构，面积占有率为0.1时摩擦系数最小;对于交叉沟槽织构试样，面积占有率为0.09，沟槽角度为45°时，摩擦系数最低。