在柴油机工作过程中，由于多种载荷的作用，部分重要部件的工作状况十分恶劣，其中缸盖、缸套与活塞直接承受着高温高压的燃气作用，这些部件的可靠性与整机可靠性密切相关。本文以一种船用柴油机各关键受热零部件的开发为背景，进行了流固耦合下的热-机械应力耦合分析，并探究了这些部件的高周疲劳如何在所受应力和疲劳强度满足使用的情况下降低热负荷是研究的重点。本文以数值仿真为手段，通过保证功率的情况下改变各种单一因素，来探求不同参数对关键受热零部件热负荷影响分析研究，分析不同因素对各部件热负荷与安全系数敏感性分析，并提出一种参数优化方案，为以后能更有效地控制高强化柴油机各重要部件的热负荷提供参考，具有重要意义。本文主要工作内容如下:
　　(1)基于多物理场模型，建立了机体-缸套-缸盖一体化冷却水腔CFD模型、温度及应力场有限元模型，另外还建立了活塞喷油强制冷却振荡模型、温度及应力场有限元模型。进行了原机冷却水套CFD计算、活塞喷油强制冷却振荡计算、机体-缸套-缸盖一体化温度场流固耦合计算、活塞温度场计算、一体化与活塞应力场分析、一体化与活塞高周疲劳分析，并对照所测点的温度进行对照标定，分析出原机各个重要部件满足限制条件。
　　(2)在保证功率的情况下，研究十二种单一因素，包括不同增压方式中排气管结构因素共五种，配气系统中因素共四种，燃油系统中因素共两种以及压缩比，对各个部件热负荷的影响。结果表明，除去影响不明显因素外，这些单因素对缸盖、活塞和缸套在两种排气背压下热负荷影响的排序为:在低背压下对缸盖的影响程度排序为:压缩比＞排气持续期＞喷油提前角;高背压下对缸盖的影响程度排序为:进气持续期＞进气门开启时刻＞排气持续期＞压缩比＞喷油提前角＞排气门开启时刻;各因素在两背压下对活塞热负荷的影响程度介于高低背压下对缸盖热负荷影响程度之间，低背压下对活塞的影响程度排序为:压缩比＞进气门开启时刻＞进气持续期＞喷油提前角＞排气持续期;高背压下对活塞的影响程度排序为:压缩比＞排气持续期＞喷油提前角＞进气门开启时刻。高背压下对活塞的影响程度排序为:压缩比＞排气持续期＞喷油提前角＞进气门开启时刻。各因素在两背压下对缸套热负荷的影响规律与对缸盖的类似，低背压下对缸套的影响程度排序为:压缩比＞排气持续期＞喷油提前角，部分因素在高背压下对缸套的影响程度也比较明显，各因素影响程度排序为:进气门开启时刻＞排气持续期＞压缩比＞喷油提前角＞排气门开启时刻。
　　(3)进行优化分析，除去结构因素，将影响因素较大的进气门开启时刻、排气门开启时刻、喷油提前角这三种因素来进行一维计算分析，并取其中三个负荷较低工况来进行三维有限元计算，得到了当进气门开启时刻为315℃A、排气门开启时刻为105℃A、喷油提前角为13℃A时，部件热负荷最低。