气缸盖作为内燃机的关键零件之一，在工作过程中承受着螺栓力、燃气压力和热负荷的周期性作用，导致其应力和变形发生周期性的变化。气缸盖高应力梯度部位的多轴应力状态对其疲劳破坏影响较大。针对这一问题，本文在有限元静/动力学问题理论基础上，进行了气缸盖结构静力学和动态响应分析，并重点研究了高应力梯度部位的多轴应力状态特征，为气缸盖非比例多轴疲劳寿命预测提供了支撑。运用Pro/E软件建立气缸盖、机体、缸套、缸垫、螺栓等零件的三维几何实体模型，然后将其导入专业的网格划分软件ANSA中对各个零件进行材料、属性的设置，在保证计算结果准确度的前提下，针对各个零件的结构特点，选择合理的单元类型和单元尺寸进行网格划分，分别在气缸盖与缸垫、气缸盖与螺栓、机体与缸套、气门座圈与气缸盖等零件之间定义10对接触关系，完成气缸盖组合结构的有限元网格模型的建立。将网格模型导入有限元分析软件ANSYS当中，施加约束、螺栓预紧力和爆发压力等边界条件后进行预紧、预紧-爆压和预紧-爆压超载30%三种工况的静力学计算，得到位移和应力分布情况，为气缸盖的结构设计及改进提供理论依据。在气缸盖静力学分析网格模型的基础上对其施加螺栓预紧力，采用自编的APDL加载程序将周期性缸内燃气压力以载荷步的形式施加在气缸盖火力面和气门座圈承力斜面上。合理设置初始条件、阻尼系数、载荷类型、非线性选项、积分方法等，基于直接积分法中的Newmark隐式算法、采用ANSYS软件中的完全法进行三个工作循环的动态响应分析，得到气缸盖在爆压及其附近时刻的整体位移场和应力场、大变形部位处的位移时间历程曲线和高应力部位的应力时间历程曲线，便于了解和把握气缸盖动态响应特性，并为疲劳分析中载荷谱的建立提供理论依据。根据应力梯度的概念编写了关于第一主应力梯度的APDL计算程序，在气缸盖结构静力学分析的后处理阶段运用GUI方式和APDL命令流相结合的方法对其高应力部位的第一主应力梯度进行计算及分析，得到高应力部位处应力梯度路径及对应的应力梯度值，确定了气缸盖高应力梯度部位。基于动态响应分析计算得到的节点应力结果，依据X、Y、Z三坐标轴的应力单位矢量分别计算得到高应力梯度部位所在节点处三个主应力在每一坐标轴上的方向角，以此来表征主应力方向。通过计算爆发压力及其附近时刻的主应力方向来分析研究高应力梯度部位的主应力方向随时间变化而呈现的多轴应力状态特征，为气缸盖非比例多轴疲劳寿命预测提供理论支撑。