随着发动机的强化程度不断提高，其零部件的热负荷和机械负荷不断增大，现代发动机零部件设计更加注重疲劳失效问题。排气歧管作为薄壁铸铁零件的典型代表，本文以某型四缸柴油机排气歧管为研究对象，通过仿真模拟与实验相结合的方法，对其热负荷和机械强度进行计算并进行了疲劳寿命预测，以便为改进和优化设计方案提供计算依据。首先利用AVL公司BOOST和FIRE软件，分别对发动机进行了热力学计算、排气歧管进行内外流场CFD计算，在FIRE中进行流固耦合，然后用ABAQUS软件计算温度场和热应力，并对温度场进行实验验证。结合有限元分析结果，分别使用FEMFAT和MSC.Fatigue软件进行应力疲劳分析和应变疲劳分析，得出疲劳安全系数和疲劳寿命的分布情况。本文还针对某型发动机排气歧管出现裂纹故障，使用这一仿真模拟的方法进行分析，确定了合理的边界条件及载荷施加方式，通过仿真计算分析了其裂纹出现的原因，提出了改进方案，FEMFAT仿真结果表明改进方案明显提高了该零件的疲劳安全系数。