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排气歧管作为内燃机主要受热部件,在温差很大、高温废气热冲击频繁、行驶条件恶劣的工作环境作用下,易产生裂纹,造成热疲劳失效。目前,国内对固体结构的热疲劳研究尚处于起步阶段,难点不仅在于结构分析的高度非线性求解,还在于如何将变化的热边界条件施加到结构上。此外,长久以来排气歧管的结构分析和流体动力学分析都是独立的,对结构与流体间相互作用的研究主要集中于稳态传热,对非稳态传热条件下的研究不多。因此,本文以发动机排气歧管为研究对象,实现了将固体与流体直接连接,进行完全双向耦合的非稳态传热模拟方法,其研究具有重要的工程应用价值。本文采用CFD软件STAR-CCM+6.04与FEA软件ABAQUS6.11-1串行耦合实现耦合界面数据实时传递的研究方法,建立起排气歧管非稳态耦合传热模型。实现了结构与流体间的双向热耦合模拟,解决了热疲劳分析的瞬时热边界条件施加到固体边界上的难题。在非稳态耦合传热模型建立过程中,着重分析并解决了网格划分及匹配,非稳态温度加载,流固交界面物理量传递方法,时间步长确定等难题。非稳态温度加载及交界面物理量的传递通过编写相应程序来实现。合理的时间步长对计算精度和计算稳定性非常重要,由于流体和固体计算均需确定时间步长,如何将两者之间各自的时间步长设置合理,是解决问题的关键。通过参考库朗数并综合考虑计算速率、计算内存及收敛可行性等因素的影响,最终通过STAR-CCM+将变化的时间步长输出给ABAQUS的方式得到协调的时间步。而变化时间的步长同样通过编写相应的程序代码实现。在此基础上,为比较强耦合法与分区求解法热应力数值分析的差异,利用STAR-CCM+的热应力求解功能(强耦合法)及STAR-CCM+与ABAQUS串行耦合求解法(分区求解法)对同一排气歧管进行了静态热应力分析,找出一种更方便快速求解静态热应力的方法。接着研究了散热对排气歧管热温度场的影响,结果表明外部散热条件对排气歧管的温度场有很大影响,为设计排气歧管散热装置提供了有效的参考依据。最后,针对非稳态及稳态温度场下的热应力分析,应用Manson-Coffin公式对排气歧管的热疲劳寿命进行了估算,并给出了一般的定性分析。