本文以玻纤增强聚丙烯蒙皮、聚丙烯蜂窝芯层的复合材料蜂窝夹层结构和3D打印PLA格栅增强蜂窝夹层结构为研究对象,此类夹层结构具有较高的比强度和比刚度,并且全部为热塑材料,便于回收再利用,该结构在汽车车身上的应用对于轻量化具有重要意义,同时也是节能减排的有效措施。本文通过有限元与实验研究了夹层结构的压缩性能,并对夹层结构进行优化。1、通过实验研究了不同尺寸参数蜂窝夹层结构面内压缩性能,蒙皮纤维铺层方式不同时,单向铺层适合受力方向单一工况,而交叉铺层更适合复杂工况下应用。45/-45铺层方式下承载能力较弱但比吸能较大,0/90铺层方式承载能力较大。随着蒙皮厚度和蜂窝芯高度的增加蜂窝夹层结构承载能力也相应增加。2、通过对蜂窝夹层结构面内压缩力-位移曲线分析发现,响应过程分为三个阶段,第一阶段前屈服阶段,此时随着压缩位移增加,载荷接近线性增加,第二阶段为屈服阶段,此时夹层结构承载能力到达极限,产生较大变形,结构发生不可逆破坏,承载能力大幅下降,第三阶段为后屈服阶段,此时夹层结构已经发生破坏,承载能力已经下降至较低水平,基本丧失承载能力。通过对蜂窝夹层结构失效模式分析发现,在不同蒙皮铺层下会出现蒙皮断裂,整体屈曲,局部屈曲三种失效模式,依据夹层结构尺寸参数绘制了0/90和45/-45两种蒙皮铺层不同失效模式分界线。3、依据仿生学原理对蜂窝夹层结构植入格栅,得到了格栅增强蜂窝夹层结构,对蜂窝夹层结构、格栅夹层结构、格栅增强蜂窝夹层结构三种不同芯体夹层结构进行面内压缩性能测试和平面压缩性能测试,发现格栅增强蜂窝夹层结构承载力峰值和比强度更高,体现该结构的优越性。4、对P4-F2.0-H20、P4-F1.0-H20、F2.0-H20-D8-G2三种规格夹层结构有限元分析,三种结构失效模式与承载力峰值有限元分析结果与实验结果吻合程度较好,验证了有限元模型的有效性。为发挥栅增强蜂窝夹层结构性能优越性,对其进行承载力峰值和重量两个目标的优化,基于有限元和响应面法对该结构进行优化。首先进行关键因子筛选发现蒙皮厚度、蜂窝芯高度、格栅壁厚对承载力峰值有显著影响,通过响应面法建立承载力峰值和关键因子之间函数关系,构建优化问题数学模型,通过遗传算法,得到一系列解,为格栅增强蜂窝夹层结构设计提供参考。