在内燃机的研究中，传热和热负荷的研究是一个非常重要的研究方向；而内燃机动态热负荷以及故障仿真则是一个全新的研究课题。本文以4135柴油机等机型作为研究对象，对其热负荷进行了全面系统的数值模拟和故障仿真。第一次使用了虚拟故障仿真的思想对内燃机的热负荷进行了研究，所进行的工作具有开拓性的意义。首次提出了热动态仿真的概念，第一次大胆假设了活塞组、缸套擦伤、拉缸时的分析理论，模拟出了在中断冷却水和超负荷状态下柴油机的擦伤、拉缸。这一研究成果使传统上以实验研究和运转经验为主的拉缸问题研究提高到了一个数值仿真的层次，具有首创性。本文的研究方法及结果在这一领域开辟了一个新的天地，对今后的研究具有一定的指导意义。并且还初步建立了内燃机拉缸故障诊断分析型专系系统，实现了4135柴油机二维、三维循环瞬态温度场的数值仿真、热变形和拉缸故障的模拟动画演示。本论文共分为八章，具体包括以下内容： 第1章首先回顾了内燃机工程中传热与热负荷研究的发展和现状，进而对内燃机受热零部件热负荷的数值模拟研究的发展和现状进行了归纳和展望。然后简要介绍了内燃机的拉缸故障，提出了本文研究的主要内容，并指出了研究的目的及意义。 第2章阐述了热传导的偏微分方程和热弹性理论的基本方程以及用有限元法进行的求解。充分讨论了周期性瞬态温度场的扰动、渗透的机理和实质，以几种不同的实例考察了热传播的速度以及温度波的渗透和衰减情况。 第3章系统地分析了4135柴油机在考虑摩擦热的正常工况下活塞、缸套和活塞环各部分二维瞬态温度的分布和状态。得出了以前很少人涉及的活塞环和油膜处的瞬态温度场。建立了活塞组、缸套三维耦合系统循环瞬态传热仿真模型。在模型的建立上，充分考虑了活塞组和缸套间非常细薄的油膜厚度并对其进行了网格划分，使得所建立的传热模型和以往的研究相比前进了一大步、更接近真实情况，最终得出了4135柴油机活塞组、缸套耦合系统的循环瞬态温度场。并得出了以前很少人涉及的活塞销座处的温度场，特别是研究了活塞、 武汉理工大学博士学位论文缸套在周向上的温度分布。 第4章第一次使用虚拟故障仿真的思想对4135水冷柴油机进行了虚拟其断水故障的仿真。得出了虚拟其断水故障仿真的瞬态温度曲线结果，并对其进行了分析和探讨；同时也用虚拟仿真的思想对 180型柴油机内油冷活塞进行了虚拟其热负荷故障的数值仿真，得出了其在断油情况下和超负荷运转情况下的分析结果。并分析了4135柴油机在超负荷运转情况下活塞的热变形和热应力。 第5章首次提出了热动态仿真的概念，第一次大胆假设了活塞组、缸套擦伤、拉缸时的分析理论。根据此理论，模拟出了在中断冷却水和超负荷状态下柴油机的擦伤、拉缸。对活塞头部（环区）拉缸和裙部拉缸分别进入了数值故障仿真，得出了活塞组、缸套擦伤、拉缸时的温度场和状态。这一研究成果使传统上以实验研究和运转经验为主的拉缸问题研究提高到了一个数值仿真的层次，具有首创性。 第6章实现了4135柴油机二维、三维循环瞬态温度场的数值仿真的动态演示，使我们能生动、直观地观看三维瞬态温度场、热变形的模拟动画演示和拉缸故障的发生、演变过程。对当前许多研究船舶模拟器来培训船员提供了一个新的手段和方法。 第7章在广泛收集资料的前提下，运用人工智能语言，初步建了柴油机拉缸故障诊断分析型专家系统，为今后进一步扩大、完善该系统打下了基础。 第8章最后，对全文工作进行了总结，并对今后的研究工作进行了展望。 本论文得到了交通部通达计划的资助。