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排气歧管是汽车排气系统的关键部件,长期工作在高温工况下导致歧管失效断裂的故障时有发生,对车辆寿命及行车安全有重大影响。目前,由于缺乏D5S材料高温试验数据,在产品设计阶段对D5S高镍铸铁排气歧管的疲劳寿命预测还不能很好地指导工程设计使产品顺利通过耐久测试,因此研究排气歧管热疲劳寿命具有重要意义。本文以某型D5S高镍铸铁排气歧管在工程测试阶段断裂失效为背景。首先对失效样件进行失效分析,分析结果表明歧管断裂的主要原因为热疲劳断裂;应用ABAQUS与STARCCM+的耦合功能对歧管热疲劳工况进行模拟,分别计算了歧管内部流道流场分布、歧管壁面温度场分布以及歧管壁面热应力变形,最终获得歧管危险位置的等效塑性应变分布状况(ΔPEEQ=0.548%);对D5S材料进行高温拉伸试验,获得材料的高温力学性能参数;应用材料高温力学参数对Manson-Coffin公式进行疲劳参数估计,获得D5S材料热疲劳寿命预测公式。利用寿命预测公式预测歧管热疲劳寿命并进行台架测试验证公式有效性,台架测试结果(2116次循环)表明改进公式(1678次循环)较经验公式(625次循环)的预测准确性更高;根据仿真与试验结果结合工程经验判定歧管断裂的主要原因是进气道与排气道的过渡圆弧半径太小以致应力集中现象的发生,故对过渡区域增加加强筋完成结构改进。对改进后模型再次进行仿真分析并根据修正公式预测歧管热疲劳寿命,预测结果表明,改进后歧管寿命可以达到5658次循环,超过耐久试验要求的2400次循环。对改进歧管进行耐久台架试验,最终,改进歧管顺利通过400h循环耐久测试,产品开发进度得到保证。