一、目的及意义

1．论文选题的目的和意义

随着国民经济的快速增长，人民生活水平的提高，与此同时汽车行业也在迅猛发展，交通工具的种类和数量与日俱增。日益增多的汽车虽然极大地方便了人们的日常生活，但也给人们造成了诸多问题，如噪声问题，排放问题，这成为了我们汽车工作者不得不考虑的问题。随着国家对汽车尾气排放标准的不断提高，设计出性能优良的排气系统就显得尤为必要。在发动机的排气系统中，排气歧管承担着重要的角色，甚至影响着整车性能，因此排气歧管的使用寿命评估是尤为重要的。

排气歧管是连接排气总管和汽缸的桥梁，由于汽缸排出的高温废气直接到达排气歧管，因此排气歧管运行温度较高，导致壁面剧烈的热膨胀，而复杂的结构使排气歧管热膨胀受到限制，产生热应力和热载荷，如果热应力超过了材料的屈服极限，材料的变形就会加剧甚至损坏、破裂，影响排气歧管的疲劳寿命。排气歧管在运行时受到热冲击和机械振动的综合影响。如若设计不合理，极易发生失效现象。除了考虑排气歧管自身结构和材料，还要考虑到排气歧管实际装配中与相关部件的连接，主要失效形式包括：

（1）由于热疲劳和蠕变疲劳问题导致的排气歧管产生断裂。

（2）高温作用下排气歧管产生裂纹，导致排气歧管漏气。

（3）高温作用及机械振动下产生的排气歧管螺栓松动，导致漏气现象。

（4）高温及机械振动下排气管垫片密封失效，导致漏气现象。

（5）由于各种原因导致的排气歧管变形失效。

排气歧管的失效原因是由多方面因素组成的，要全面、精确的考虑排气歧管的排气歧管的失效问题，就要对各个因素做深入大量的研究，这是一个庞大的工作，而排气歧管在工作中的工作环境与承受的载荷异常复杂，也使得准确评价排气歧管的工作可靠性是个不太现实的工作。排气歧管的热负荷和热强度问题一直是解决排气歧管失效问题的关键。

目前，随着发动机性能的不断提高，排气歧管承受的热载荷也随之不断增大，为满足发动机的工作要求，必将增加排气歧管在设计上的难度，因而对排气歧管进行温度场和热应力的计算分析显得尤为重要。通过计算分析可以预测排气歧管工作过程中可能出现的问题，并以此为依据对其结构进行改良，以便设计出与发动机相匹配的排气歧管，也为后续排气歧管的疲劳可靠性分析奠定基础。在过去的研究工作中，主要依靠试验台架的测试来评价零件或设备的可靠性。这种方法比较准确，但是人力物力耗费巨大，时间周期也比较漫长，显然不符合当今世界快节奏的要求。近年来，随着计算机软件、硬件技术的不断发展，数值模拟技术得到了很好的发展，通过三维建模软件建立排气歧管的三维数模，再利用相关有限元软件对排气歧管进行仿真分析，可以弥补试验的不足之处并且指导试验。对排气歧管进行有限元仿真分析，对其结构中的薄弱部分进行相应改进，然后再对其进行台架试验，快速地设计出性能良好的排气歧管。面对日益激烈的市场竞争，这样大大地提高了产品的市场竞争力。

2.国内外关于该论题的研究现状和发展趋势

随着汽车行业的快速发展，对发动机有着越来越高的要求，发动机的各项功能都得到了提高，但发动机功率的提高导致排气温度不断升高，由于排气歧管与发动机缸盖直接相连，在各种复杂的载荷工况下受到高温废气的热冲击作用，排气歧管很容易出现热疲劳失效现象。因此，汽车技术研发人员将排气歧管作为重点关注对象，单独对其进行深入研究。