本文将CFD和FEA相结合，提出了完整的利用多场耦合来进行缸盖缸体结构强度和疲劳寿命计算分析的方法，不仅可以准确的获得缸盖缸体的温度场和应力场，而且可以进而获得疲劳寿命以及安全系数的分布，最终预测出缸盖缸体中存在的危险区域，从而提出合理的优化和改进方案。本文以一台车用4缸增压柴油机的缸盖和缸体为研究对象，主要针对其在最高爆压工况下的结构可靠性来展开模拟分析和试验研究。主要研究内容有：缸内燃烧和冷却水套的三维CFD计算、缸盖缸体温度场流固耦合计算、缸盖缸体热-机械工作应力分析、缸盖和缸体的低周和高周疲劳预测分析，并进行了缸盖底板温度测量试验。模拟和试验的结果表明：缸盖底板温度场计算值与测量值是一致的，高周疲劳计算预测的缸盖排气侧的一处危险区与实际缸盖裂纹产生的位置也是一致的。针对原机存在的裂纹问题，分别从结构和材料两方面提出了两种优化计算方案。对比计算结果后发现：增加壁厚之后，裂纹处的应力从245MPa下降到230MPa，安全系数从1.02提高到1.21，而将缸盖材料从灰铁更换为蠕铁后，应力集中也得到非常明显下降，通过增加壁厚或更换材料都能够比较好的解决裂纹失效问题。此外，为了考核缸盖鼻梁区的极限承载能力，将计算负荷从爆压19MPa提高到21MPa，负荷提高后缸盖最高温度从331℃升高到354℃，低周疲劳寿命也下降了24~32%，综合材料特性分析得出爆压21MPa的负荷已经接近缸盖的材料和结构所能承受的极限。