斯特林制冷机是小型低温制冷机中应用最广泛的一种，具有结构紧凑，工作温度范围宽，启动快，效率高，操作简单等特点。整体式斯特林制冷机是最早得到研究和应用的斯特林制冷机，由于其技术成熟，至今在许多领域仍得到广泛的应用。 CAE即为计算机辅助工程。它是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导等性能的分析计算以及优化设计等问题的一种近似数值分析方法。 本论文介绍了斯特林制冷机的课题背景、研究及发展状况；分别对传统设计方法和CAE仿真方法的基本理论进行了介绍；从计算过程出发，针对现有的微型整体式斯特林制冷样机进行了CAE仿真；首次建立有效的回热器的数值仿真模型，从根本上解决了流体工质在回热器上的热力学循环的仿真问题; 将斯特林试验模型转化成为了数值计算模型；详细介绍了在斯特林制冷系统的模型建立过程中需要考虑到的边界条件；总结归纳出关于斯特林制冷机的CAE设计方法；建立了斯特林制冷机的试验系统，并提出了模拟仿真和实验结果进行横向对比；加入了CAE技术在斯特林系统其他领域的应用,通过对于电磁场和分析和结构动力学分析对斯特林制冷系统进行优化；首次采用系统学的分析方法，引入虚拟样机的概念，阐述了虚拟系统的基本理论，搭建了斯特林制冷机的虚拟系统模型。