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基于目前汽车工业对于车身轻量化的需求,碳纤维复合材料(CFRP)以比模量和比吸能大,密度小,成型方便等优点受到汽车厂商的青睐。基于此现状,近年来CFRP车身结构的耐撞性研究也备受关注。本文通过实验、数值仿真以及优化设计相结合的方法,对CFRP帽形薄壁梁的截面尺寸以及铺层厚度的优化设计进行了研究,主要研究内容包括:(1)使用USN15000碳纤维预浸布通过模压成型的方法,制备基本力学性能测试试件和CFRP帽形薄壁梁;根据ASTM实验标准对CFRP的基本力学性能进行了测试,获得CFRP的各项基本力学性能参数,以用于后续仿真分析;通过准静态轴向压溃实验,获得CFRP帽形薄壁梁在压溃过程中的载荷-位移曲线以及失效形貌。(2)CFRP帽形薄壁梁压溃有限元模型在LS-DYNA中创建,采用MAT54号材料模型,基于Chang-Chang准则对CFRP进行失效判断;CFRP层间树脂以及帽形薄壁梁粘接胶层的模拟采用Tiebreak的接触方式进行失效判断;CFRP帽形薄壁梁的壁板采用两层壳单元通过分层建模的方式来创建。(3)在得到有效有限元建模结果的基础上,以帽形薄壁梁的截面尺寸L1和L2以及0°、45°、-45°、90°的铺层厚度为优化变量,以制造成本(Cost)最低,吸能量(EA)最高为优化目标;选择最优拉丁超立方(Opt LHD)为采样方法,在满足约束的设计空间内选取试验样本点,建立径向基网络模型(RBF);最终联合非支配排序带有经营策略的多目标优化遗传算法(NSGA-Ⅱ)和RBF对模型进行优化。研究发现,由于胶层强度高于CFRP层间树脂强度,在压溃过程中层间树脂出现开裂而胶层未开裂,表明使用结构胶是一种有效的CFRP部件连接方式,而CFRP帽形薄壁梁在压溃过程中主要通过分层、纤维断裂和折弯来吸收能量。仿真结果表明,采用两层壳单元结合MAT54号材料模型的建模方式能够较好地模拟整个压溃过程。在初始峰值载荷以及吸能性方面,仿真与实验吻合度较高,表明该压溃有限元模型具有较高精度。最终联合了RBF与NSGA-Ⅱ的优化方法,使CFRP帽形薄壁梁的质量和成本得以降低,吸能量和比吸能得以提高,达到了优化的目标。本文研究结果可以为CFRP帽形薄壁梁在车身结构上的设计和应用提供参考。