随着汽车发动机性能及轻量化程度提高,排气系统在受发动机和路面激励时更容易产生疲劳断裂;另外,排气系统在高温环境下工作,高温也会影响其疲劳耐久性能和NVH特性;因此,相对于传统的排出废气、消声、隔振设计,排气系统在温度影响下的振动疲劳问题也成为研究的热点。本文以某轿车四缸增压汽油机排气系统为研究对象,基于CAE分析以及试验技术,对排气系统在温度场分布下的振动特性和振动疲劳寿命进行研究。首先,建立排气系统有限元模型,分析常温下振动模态;并通过试验模态分析进行验证;另外,为了获取排气系统温度场分布,本文基于双向流固耦合分析理论,利用CFD软件建立流场分析模型,通过实车排气系统温度试验对流场模型进行验证。试验结果表明,有限元和流场分析模型准确可信。其次,基于热振动模态理论,结合上述建立的CAE模型对排气系统进行热振动模态分析。研究结果表明,相同转速下排气系统温度分布下的各阶热振动模态频率低于常温振动模态,且差值最大为12Hz;不同转速下排气系统温度场分布下的排气系统热振动模态对应各阶模态频率基本相同。另外,常温振动模态结果满足排气系统正向设计频率分布要求,但是考虑温度场作用下有一阶模态频率不满足该要求。基于温度场分布下的热振动模态分析结果和振动疲劳寿命分析理论,采用频域振动疲劳分析法-Dirlik估计法对该排气系统在实测发动机激励下的寿命进行预测。研究结果表明,考虑高温温度场分布的疲劳寿命相对常温振动疲劳寿命减少95.4%,二者疲劳断裂危险部位也不同,并且考虑温度场分布后的疲劳寿命低于排气系统工程设计寿命标准。最后,针对上述温度场分布下排气系统振动疲劳寿命预测结果未达到工程设计要求的情况,对排气系统进行结构改进,结果表明,改进后的排气系统不仅温度场分布下振动疲劳寿命满足疲劳寿命设计标准,而且其热振动模态满足排气系统正向设计频率分布要求,降低了系统疲劳破坏和共振风险,本文分析方法为排气系统振动疲劳耐久正向开发和NVH开发提供重要参考。