排气集管是船用柴油机重要部件,它安装在柴油机机架上并与船用柴油机缸盖排气孔相连接,排气集管收集燃烧室废气且参与柴油机增压系统做功,故排气集管的稳定性直接影响船用柴油机的工作性能。本文的研究对象为某型船用柴油机的排气集管,主要研究内容是排气集管的振动疲劳失效。排气集管在静载工况下很难发生结构破坏,但在船用柴油机试运转过程中,柴油机运动件如:曲轴、活塞、连杆、凸轮轴等在做工时使得柴油机发生振动,排气集管在这种振动环境下承受着循环冲击载荷并容易产生疲劳失效。仅对排气集管进行静强度分析不能够保证其稳定性,需要对其进行额外的动态响应、振动疲劳等多方面的研究。本文主要研究内容和结论如下:(1)采用有限元软件对排气集管进行模态分析。构建某型船用柴油机排气集管的三维模型与有限元模型,采用ABAQUS软件计算了排气集管的自由模态和约束模态,分析排气集管在无约束以及工作状态下结构振动的固有特性,由自由模态计算结果可知排气集管各支架刚度较差,由约束模态计算结果可知排气集管的整体扭转刚度较差。(2)采用ABAQUS软件对排气集管进行谐响应分析。研究了谐响应分析的理论基础;构建了船用柴油机的整机有限元模型,用于计算谐响应分析的激振载荷;采用模态法对排气集管进行谐响应分析,由计算结果中排气集管的响应振型分析排气集管的结构缺陷;根据谐响应分析结果排气集管对结构进行优化,并与原模型进行对比分析,阐述结构优化对排气集管结构稳定性的提升。(3)排气集管的振动疲劳分析。研究了疲劳分析理论及现行的疲劳分析方法和理论依据;通过引入激振载荷的功率谱密度函数、排气集管各部件材料的S-N曲线,并设置相关参数对船用柴油机排气集管进行了振动疲劳分析;描述了排气集管振动疲劳失效形式;分析了疲劳失效原因,排气集管在以低阶模态振型产生循环变形,并使得排气集管支架的支板与底座接触部位发生振动疲劳破坏。