纤维增强复合材料具有质轻高强、耐久性能好、可设计性强等特性,广泛应用于国防军工、航空航天、汽车工业等领域。对于纤维增强复合材料注塑成型制品,材料各向异性、注塑成型工艺参数以及制品结构等都会对最终的宏观力学性能产生至关重要的影响。然而,传统仿真方法假定材料为各向同性或者是正交各向异性,忽略了工艺过程中微观结构变化会导致材料的力学性能发生相应改变,从而无法采用数值模拟手段实现产品优化设计和性能评价。本文顺应汽车轻量化趋势,立足于汽车工业广泛使用的纤维增强复合材料,采用了一种基于模流分析软件Moldflow、复合材料建模平台Digimat以及结构分析软件Abaqus的多尺度联合仿真技术,综合考虑复合材料各向异性、制造工艺及缺陷、残余应力等影响因素,建立了材料选用、成型工艺优化乃至实际使用性能把控的一整套解决方案,为复合材料智能产品优化设计虚拟平台的构建奠定了基础。主要研究工作如下:(1)多尺度联合仿真技术的原理研究及可行性分析:阐述了纤维增强复合材料注塑制品的多尺度联合仿真技术路线及工作原理,以汽车发动机悬置支架为研究对象、悬置支架实际性能缺陷为参照,验证了多尺度联合仿真技术的有效性,明确了多尺度联合仿真技术的工程应用可行性。(2)模具设计、纤维性能对注塑制品力学性能影响研究:以汽车前端支架为研究对象,通过改变浇口设计、纤维长径比以及纤维质量分数,揭示了微观纤维取向与分布对宏观力学性能的影响机制,确定了较佳的浇口设计方案及纤维性能参数,对复合材料注塑制品的模具优化设计及材料选用具有指导性意义。(3)纤维增强复合材料注塑制品的结构优化设计:采用多尺度联合仿真技术对汽车电子油门脚踏板与汽车油底壳分别进行静力学与动力学分析,预测了制品性能薄弱部位,实现了复合材料注塑制品的结构优化与轻量化设计。(4)三维正交机织复合材料制品的多尺度联合仿真分析:建立了不同经纬纱分布密度的三维正交机织复合材料代表性体积单元模型,进行了三维正交机织复合材料发动机罩的刚度分析,综合考虑应力集中问题及刚度要求,确定了较佳的经纬纱分布密度,拓宽了多尺度联合仿真技术的应用领域。