随着升功率的不断提高，内燃机强化程度也越来越高，内燃机中受热零件的热负荷也随之增加。在运行的过程中，内燃机在承受多种交变载荷(螺栓预紧力、燃气爆发压力等)的同时，还有非常高的热负荷，是内燃机中工作条件最为恶劣的零部件之一。柴油机特别是缸盖的热与机械强度研究一直是内燃机零部件设计中关键课题，是影响柴油机零部件性能与可靠性的关键因素。因此，研究热机耦合作用下缸盖热与机械负荷分布规律对改进气缸盖强度可靠性具有十分重要的意义。本文阅读大量的国内外文献资料，综述了国内外关于柴油机热机耦合研究的情况，以某型号的六缸重型柴油机为研究对象，建立柴油机三维有限元模型，完成冷却系统的和燃烧室的CFD计算分析，并提取机体水套、缸盖水套、燃烧室内流场的热边界条件，应用有限元软件ABAQUS耦合计算的基础理论知识和方法，通过气-固-液多相耦合的计算方法得到柴油机受热零部件温度场分布，与先前单独对某个零部件进行计算分析相比，本文同时模拟了多个柴油机受热零部件。进行了缸盖温度场测量实验以验证模拟计算结果，分析该型号柴油机缸盖的热负荷状况并为模拟结果提供对比数据。此基础上计算了该型号柴油机缸盖-机体部件的热应力与机械应力分布，分析了应力集中区域缸盖鼻梁区的应力分布情况。通过对关键部位的热与机械负荷分布情况的计算分析，表明该型号柴油机没有出现危险的热负荷与机械应力集中部位，设计结构合理。本文的研究工作为该型号柴油机零部件的结构设计研究和进一步优化提供有价值的参考依据。