全球汽车工业迅速发展,汽车保有量持续攀升,带来了逐年增加的道路交通事故。行人在事故中作为弱势群体,事故死亡率较高。因此,我们亟需设计吸能好且轻质、机动灵活的发动机罩用于行人保护。负泊松比金属蜂窝材料因其轻质高强的特点以及优良的吸能能力和缓冲性能,在发动机罩行人防护领域展现出了巨大的潜力。本文采用显式动力学有限元方法,研究了具有负泊松比特性的手性蜂窝夹芯发动机罩在人-车碰撞时的动力响应特性;进而围绕行人头部保护的性能需求,对该结构进行了多目标优化设计。首先,本文提出了一种具有四韧带手性蜂窝芯体的新型夹芯吸能式发动机罩概念设计。建立了头型冲击器、四韧带手性蜂窝以及六边形蜂窝的夹芯吸能式发动机罩有限元模型,并进行了有限元仿真。手性蜂窝样件的实验与仿真结果在变形模式和应力-应变曲线上均吻合,验证了本文有限元建模方法的可靠性。在此基础上,研究了两种夹芯发动机罩在人-车碰撞时的动力响应特性,并对其行人头部保护性能进行了对比分析。结果表明,与六边形蜂窝夹芯发动机罩相比,手性材料具有负泊松比效应,采用四韧带手性蜂窝夹芯发动机罩时的行人头部损伤值降低了22.3%。其次,对比分析了关键结构几何参数和碰撞位置对四韧带手性蜂窝夹芯发动机罩在行人头部防护方面的影响。其中,关键结构几何参数包括手性蜂窝圆环半径、圆环半径与韧带长度之比、胞元壁厚、上面板厚度以及下面板厚度。结果表明,手性蜂窝圆环半径、圆环半径与韧带长度之比和胞元壁厚对发动机罩行人头部保护性能有明显影响。最后,本文以手性蜂窝夹芯发动机罩的关键结构几何参数为设计变量,以行人头部侵入量为约束条件,以行人头部损伤值和发动机罩夹芯厚度为优化目标,采用径向基函数方法建立了行人头部损伤值和发动机罩夹芯厚度的响应面代理模型;在满足精度要求的前提下,采用第二代非支配排序遗传算法得到了该优化问题的Pareto前沿。结果表明,多目标优化设计使夹芯发动机罩的行人头部保护性能得到明显改善。本文所采用的设计思路和设计方法对于汽车与行人碰撞事故中的行人保护工程设计也具有指导意义。