在发动机的研究与设计领域，如何更精确实现将有限元结构分析扩展到极限变形分析、热应力与机械应力等多种物理场的耦合分析，是一个长期面临的需要不断经验积累和技术进步才能解决的难题。本文以正向开发过程中的某款商用柴油机为研究对象，通过CAE有限元分析手段预测发动机缸盖的温度场及在多场耦合作用下分析缸盖的耦合应力、应变。首先，建立CAD整机模型，为尽可能贴近实际工作环境，对发动机主体结构包括机体、缸盖、水套、油芯等不做大幅度简化，仅对机体、缸盖外围附件搭子进行简化，并适当简化螺栓和缸盖垫。然后，建立了缸盖、缸垫和机体整机传热模型，采用流固耦合方法对该模型进行了温度场分析。首先通过专业软件AVL-FIRE对缸内工作过程和冷却水套进行三维数值分析，取得燃烧传热边界和冷却水套传热边界；然后将计算得到的传热边界映射至整机表面网格，利用有限元软件对整机模型温度场进行求解。通过以上计算确定冷却水套的入口质量流量，并研究不同冷却液入口质量流量对缸盖热负荷的影响。最后，建立了缸盖、缸垫和机体整机结构有限元模型，采用间接法分析缸盖的热应力和热机耦合应力、应变，即先通过热力计算求解出整机的温度场，将以上计算得到的温度场作为预定义场来加载，再与机械载荷（包括缸盖螺栓预紧力、气门座圈过盈余力和爆发压力）耦合作用进行求解。主要分析了缸盖在受到各缸爆发压力下的耦合应力及变形，并与缸盖在受到单一机械载荷场下的应力、变形进行了比对分析。同时研究了各缸爆发压力对缸盖高周疲劳的影响。结论：模拟结果表明缸盖的温度场，热应力场，热机耦合应力、变形场和缸盖的高周疲劳均能够达到发动机设计的强化指标，经过发动机试制和初步试验，验证了多场耦合数值分析方法在缸盖有限元分析中的可行性。