对于发动机缸体这样承受很大热负荷的发动机主要零件,其热负荷和热强度问题对于提高发动机耐久性、可靠性和经济性具有重要意义。国外对于热负荷的研究已经深入到润滑油、积碳等细小而关键因素对发动机热负荷和热强度的影响。国内起步较晚,对发动机缸体、水套的研究很少,对气缸套的研究则比较多,但都作了很多简化,特别是缸体与水套的换热,一般都简化为单一的对流换热系数,然而水套内各点流动速度不同,导致对流换热系数不可能一致。并且,水套内冷却水的流动要影响缸体和水套的温度分布,缸体和水套的温度分布又影响着冷却水的流动,即流动和换热是一个耦合的过程。本文建立了Q475发动机缸体和水套的模型,采用有限元方法对缸体、水套的流动和换热进行了耦合分析,得到了水套流场分布和缸体、水套的温度场分布,并探讨了水套流场分布对缸体、水套温度场分布的影响关系。计算了发动机缸体在两种极限工况下的机械强度和变形,以及在温度载荷下的热强度和热变形,获得了合理的计算结果。研究了缸体在机械载荷和温度载荷共同作用下的应力和变形机理,并进行了数值模拟,结果表明温度载荷对缸体的应力和变形起决定作用,机械负荷在一些区域进一步增大了缸体的应力。根据水套流场分布对缸体、水套温度场分布的影响关系,对缸体、水套结构上进行了一些修改,再次进行缸体、水套的流动和换热的耦合分析,分析结果表明,缸体、水套温度场分布更趋合理。