汽车排气系统金属波纹管作为发动机排气歧管与排气系统之间重要的连接部件,能够有效衰减和隔离发动机工作时产生的振动。排气波纹管疲劳性能关系到整个排气系统的可靠性,其产生疲劳破坏将导致整个排气系统失效。因此,本文针对排气波纹管几何结构、弯曲应力和疲劳寿命展开研究。本文首先根据工作环境和企业需求,选取了排气波纹管型号,建立单层和双层排气波纹管有限元模型,采用有限元仿真计算和试验相结合的方法,分析壁厚减薄效应和管间摩擦系数对排气波纹管刚度的影响,得到壁厚减薄修正系数和摩擦系数的最优值,提高排气波纹管有限元模型的可靠性,为后续应力分析和疲劳寿命仿真计算提供理论依据。对排气波纹管道路载荷谱进行实车采集,分析排气波纹管主要变形形式,通过有限元仿真定量分析了壁厚、波距、波高和波径等结构参数对排气波纹管弯曲应力的影响,设计正交试验确定各结构参数对弯曲应力影响程度的主次顺序,并提出减小弯曲应力的最优结构参数组合,优化了结构参数。此外,在分析了排气波纹管疲劳寿命计算的相关理论基础上,确定了适合排气波纹管疲劳分析的计算引擎,通过估计法拟合出排气波纹管材料的S-N曲线,并对结构优化前后的排气波纹管进行疲劳寿命分析计算,仿真结果显示,结构优化后的排气波纹管疲劳寿命得到提高。最后,设计了排气波纹管疲劳试验机,针对企业产品规格和相关测试参数,明确疲劳试验机技术要求,确定了疲劳试验机夹紧装置、传动装置和循环加热装置的设计方案,完成了试验监控平台的开发。并进行排气波纹管疲劳寿命试验,将试验结果与疲劳寿命分析仿真值相对比,分析差异原因,指出排气波纹管结构最易发生疲劳破坏位置,提出了优化方法。通过本文的研究,为排气波纹管前期结构参数设计和力学性能分析提供有效的理论依据,缩短排气波纹管设计和开发周期,提高汽车排气系统可靠性,具有一定工程价值。