气缸盖作为柴油机的关重件,结构复杂,工作环境恶劣,其可靠性与整机的可靠性密切相关。本文以某中高速船用柴油机关键零部件开发设计为背景,为准确预测柴油机气缸盖设计的可靠性,开展了气缸盖的多场耦合仿真。针对船用柴油机强化指标提高导致气缸盖面临热负荷增大的问题,开展了气缸盖结构改进、不同因素对热负荷的影响规律及敏感性研究,为以后更有方向性地控制高强化气缸盖的热负荷提供参考,具有重要意义。主要研究内容如下:(1)基于气缸盖所涉及的多物理场理论,建立了柴油机热力学模型、冷却水CFD模型、温度场及结构场有限元模型。主要研究了气缸盖换热边界的确定、流场与温度场耦合分析、温度场与结构场耦合分析,采用了火力面分区与径向拟合曲线方程相结合加载热侧边界的方法,编写的宏文件实现了冷边界的自动映射。通过对建模及求解方法的研究,给出了气缸盖多物理场耦合仿真的技术途径。(2)为了实现增大缸盖火力面温度安全裕度的目标,从结构方面进行研究分析,采取气缸盖底板减薄的措施,结果表明气缸盖改进方案的热负荷相对原方案得到改善,气缸盖底板减薄2mm可使缸盖火力面温度值降低5-6℃。改进方案的疲劳安全系数最小为1.58,高于缸盖疲劳安全系数限值,表明气缸盖改进方案满足可靠性要求。(3)采用正交试验设计与数值仿真分析相结合的方法研究了缸盖火力面换热系数、冷却水流量、缸盖材料的导热系数这三个因素对缸盖热负荷的影响规律及敏感性,结果表明对气缸盖热负荷影响的主次顺序为:缸盖材料的导热系数、缸盖火力面换热系数、冷却水流量。