随着石油等不可再生能源的消耗以及环境污染等问题的曝光,国家排放法规的要求变得日益严格。对于传统燃油汽车来说,解决这些问题的核心是在于拥有良好的排气系统。排气歧管作为发动机排气系统中的重要组成部分,工作时不仅承受着高温废气的冲击,还受到发动机振动的影响,在这种交变载荷的作用下,很容易造成排气歧管的失效,从而影响发动机排气系统的工作性能。因此通过对排气歧管热负荷及振动性能的研究,优化设计出性能优越、结构合理的排气歧管就显得尤为重要,这对提高发动机的动力性、经济性和排放性也具有一定的理论和实际意义。本文介绍了发动机排气歧管的属性及常见失效形式,其中包括排气歧管的结构形式和加工工艺流程,介绍了目前国内外专家学者对排气歧管的研究现状。论文以某重型3.2L排量的柴油发动机排气歧管模型为初始研究对象,根据实验测得的边界条件,研究了排气歧管内部流场的流动状态。基于热-流-固多场耦合理论,计算出排气歧管内外表面温度及热通量、不同部位的温度场、热应力应变和变形情况。采用中心复合试验设计,基于响应曲面优化的方法对排气歧管流体模型进行优化,基于文献经验对排气歧管固体模型进行优化,并将优化设计后的排气歧管与优化前初始模型进行对比分析。对优化设计前后的排气歧管进行振动特性分析,对模态分析的固有频率与发动机的激励频率进行共振的判断。研究结果表明,内流场分析中,排气歧管的支管1、3、4存在气体流速过高,涡流聚集等现象,致使排气歧管内部流动均匀指数过低和压损不均匀度过高,需要对排气歧管流体模型支管1、3、4的弯曲半径做出优化改进。对排气歧管进行热-流-固耦合时发现,初始模型的温度场分布存在局部区域温度过高,支管1、3、4弯曲部位及排气出口与排气管交汇处存在热应力及热变形过大等问题,易对排气歧管造成破坏,需要对排气歧管进行优化。优化设计后的排气歧管模型较初始模型流动均匀指数提高了六个百分点,流场更均匀,温度场、热通量、热应力等结果均较优化前得到了明显的改善,证明了优化改进措施的合理性。同时冷、热模态分析结果都表明,优化后的排气歧管模型各阶频率较优化前更远远高于公式计算出的发动机激振频率,不会引起共振现象,以及温度会对排气歧管的模态分析频率起到降低作用的规律。