汽车车身应用了大量的薄壁复合结构,例如毫米级厚度的汽车玻璃和微米级厚度的汽车涂层。研究汽车薄壁复合结构的冲击破坏机理对于结构优化和车辆人身安全意义重大。本文应用有限元方法,系统地研究了基于聚合模型的汽车薄壁复合结构的冲击破坏问题。首先,开发了一种基于实体壳的非固有聚合模型。基于线性实体单元的聚合模型能有效地模拟材料破坏,但在薄壁复合结构冲击破坏仿真中面临着计算效率低的问题,其内力计算成本很高。鉴于此,本文开发了一种高效的基于实体壳单元的非固有聚合模型。实体壳单元相比于实体单元更适合于薄壁结构的建模,并且内力计算效率更高。针对裂纹较少的冲击破坏问题,采用动态插入聚合单元的方式模拟裂纹扩展过程,以减少聚合单元数目。采用高效的基于空间分解的LC-Gird算法处理复杂的接触计算。通过自主开发有限元求解器,将该模型应用于夹层玻璃板冲击破坏仿真中。仿真得到的玻璃裂纹以及冲击子的加速度响应均与实验结果呈现了良好的一致性,验证了模型的有效性。开发的模型在内力方面的计算效率是基于实体单元的非固有聚合模型的三倍。然后,开发了一种基于实体壳的固有聚合模型。为模拟薄壁复合结构受冲击时的大规模裂纹问题,开发了一种适合于并行化计算的基于实体壳的固有聚合模型。该模型采用预插入聚合单元法,于计算之初在破坏区域内的实体壳单元间嵌入聚合模型。通过双线性应力-分离量曲线对聚合区域的破坏过程进行控制。将该模型应用于挡风玻璃受假人头型冲击试验的仿真分析中,得到了与试验现象基本一致的玻璃裂纹的动态扩展过程,以及假人头型的冲击加速度响应,验证了开发的模型在大规模复杂裂纹问题中的有效性。最后,建立了一套基于GPU并行的聚合模型计算框架。为大幅度地提高聚合模型的计算效率,利用CUDA FORTRAN的CPU/GPU混合编程概念,实现了基于实体壳的固有聚合模型的并行化计算。并且建立了一套包括内力、聚合模型、接触、刚体和节点更新等在内的完整的GPU并行计算框架。开发了用于薄壁复合结构冲击破坏仿真的有限元求解器,FTW-GPU,对该计算框架进行实现。仿真分析了一个铝基-有机涂层结构的单颗粒冲击试验。针对涂层微米级厚度所导致的三维有限元模型规模大的问题,提出了一种高效涂层建模方法,分别采用实体单元和实体壳单元对冲击接触区域和其他区域进行建模。采用并行化计算的固有聚合模型,对涂层和基底间的脱粘现象进行模拟,脱粘面积仿真结果与实验现象获得良好的一致性。当模型单元数目约为二十万时,与串行计算方法比,总计算效率提升了136.5倍,其中节点更新部分的效率提升更高达332.5倍。开发的聚合模型GPU并行计算方法将成为汽车薄壁复合结构冲击破坏问题的一个有力仿真分析手段。