我国目前是世界第一大汽车产销大国,随着国家排放标准的不断提高,为了使汽车催化剂快速达到工作温度,三元催化器的位置越来越靠近排气热端。三元催化器由此受到的热负荷也更加严重,热疲劳问题越来越突出。某车型三元催化器总成处于设计验证阶段,在搭载发动机的热冲击试验中,发现三元催化器总成进气管处有漏气、开裂现象,导致三元催化器总成的热冲击试验不通过,达不到设计要求。本文针对上述问题,基于ANSYS Workbench软件,建立了三元催化器热流固耦合分析模型。通过仿真分析,找到了三元催化器开裂的原因。优化了三元催化器结构,提高了三元催化器热疲劳强度。最终使该三元催化器通过了热冲击试验,满足使用要求。本文的主要工作包括:1、对三元催化器失效件进行分析,通过对开裂区域的材料分析和焊缝检测,判断开裂是由热疲劳导致。因此提出了三元催化器热疲劳分析方案,设计了三元催化器热流固耦合分析技术路线图。2、在ANSYS Workbench软件平台中建立了三元催化器热流固耦合仿真模型。对三元催化器内流场进行分析和仿真计算,得到了三元催化器总成内流场的温度和压力分布。将流体计算得到的热负荷作为三元催化器内壁面的边界条件,对三元催化器的温度场进行仿真计算,得到了三元催化器总成在工作状态下的温度分布。3、对三元催化器进行热应力和热变形仿真分析,得到了三元催化器在工作状态下的热应力分布和热变形。对三元催化器进行热疲劳寿命分析,得到了三元催化器热疲劳寿命云图。仿真结果表明,三元催化器发生裂纹处由于存在热应力集中使得疲劳寿命不满足设计要求,需要对三元催化器的结构进行优化。4、对三元催化器的结构进行了优化,并对优化后的三元催化器进行了热应力、热变形和热疲劳寿命分析,分析结果表明,优化后的三元催化器在开裂位置的热应力减小,热疲劳寿命能满足设计要求。通过对优化后的排气热端子系统的模态验算得知,三元催化器的结构改变不会引起共振失效。5、对优化后的三元催化器总成进行了发动机热冲击试验,试验结果表明,优化后的三元催化器结构满足设计要求。通过台架试验之后,将三元催化器搭载在某款汽车上进行了160000km的整车耐久试验,试验后未发现三元催化器存在破坏现象,优化后的三元催化器满足使用要求。