碳纤维复合材料(CFRP)强化技术可有效提高车身结构件的能量吸收和抗冲击变形能力。目前对其研究仅处于试验阶段,周期长、效率低、重复性较差,研究成本大大提高。本文重点通过数值模拟方法来研究CFRP强化管件在横向冲击载荷作用下的失效机理和吸能机制。本文建立基于连续损伤的CFRP正交各向异性本构关系,在三维Hashin失效准则的基础上,引入基于Linde失效准则的面外分层损伤失效准则共同来判定CFRP四种主要失效模式的损伤起始,选用线性连续刚度退化方案来模拟损伤演化直至材料失效。在ABAQUS中将此材料模型编写为Vumat用户子程序。进行CFRP圆管横向冲击试验,研究不同冲击能量对管件破坏形式的影响。建立CFRP圆管横向冲击模型,对比仿真与试验的试件破坏形式和载荷-时间曲线,验证模型准确性,并结合各损伤状态变量云图分析不同冲击能量工况下裂纹产生的机理。研究CFRP不同铺层形式对管件性能的影响。研究表明,当冲击能量较小时只产生环向裂纹,当冲击能量足够大时会产生环向裂纹和纵向裂纹;相较于单向铺层,[±45]3、[±45/90/0/±45]铺层形式管件承载能力和抗弯曲变形能力均较强。建立CFRP强化钢管横向冲击模型,研究强化管件的吸能特性和失效机理。CFRP强化钢管在横向冲击过程中主要由钢管吸能,占比约92.3%,其次为CFRP,占比7.36%,粘接剂吸能较少。管件变形主要是中部的局部凹陷和整体的弯曲变形,在冲击处压缩面,部分CFRP纤维断裂,轴向和环向铺层损伤模式特点不同;在冲击处拉伸面,胶层脱粘,裂纹从管件中部产生并向两端沿轴向扩展。研究CFRP纤维方向、铺层层数等对管件变形失效的影响。胶层脱粘裂纹长度与相同方向铺层层数并不成正比,引入环向铺层不仅可有效降低管件局部变形程度,而且能有效减少管件两侧产生胶层脱粘失效。基于管件承载能力、抗弯曲变形能力以及比吸能对比了钢管、CFRP管、CFRP强化钢管三种材料圆管在相同工况下的管件性能。重点针对CFRP强化钢管进行结构设计,设计了2种强化方式,研究不同强化方式对管件性能的影响规律。研究表明,粘贴CFRP轴向长度1/2L即可满足完全粘贴整个跨距段的管件性能要求;在冲击侧背面部分粘贴CFRP环向长度为3/4H、1/2H时,即可满足完全粘贴整个圆周的管件性能要求。