汽车轻量化是实现安全、节能、环保的有效途径。材料轻量化是汽车轻量化的重要方法,碳纤维复合材料具有良好的力学性能,应用在汽车上能够大大减轻汽车的质量,对于减低汽车燃油消耗、减少汽车生命期尾气排放具有很好的效果。在保证汽车安全性能的前提下,实现汽车轻量化成为汽车研究的一个热门领域。保险杠作为汽车的关键零部件,通常是交通事故中最先撞击的部件,起到减轻路人及驾乘人员伤害以及降低汽车受损的作用。本文以汽车前保险杠为研究对像,进行了碳纤维复合材料保险杠优化设计及其性能研究。首先,制作碳纤维复合材料试验样件,进行拉伸试验和弯曲试验,得到材料相关力学性能参数。利用LS-DYNA构建试验模型,进行拉伸仿真和弯曲仿真分析,通过对比仿真曲线与试验曲线,说明有限元仿真的有效性与可靠性。其次,并根据GB17354-1998规定的汽车保险杠低速碰撞试验标准,建立保险杠-摆锤碰撞仿真模型,利用LS-DYNA对钢保险杠和初始设计的碳纤维复合材料保险杠分别进行低速碰撞仿真。选取碰撞过程中的保险杠最大内能、最大位移及最大应力作为碰撞性能评价参数,分析比较钢制保险杠和碳纤维复合材料保险杠的碰撞性能;对碳纤维复合材料保险杠横梁设置不同铺层厚度、不同铺层角度及不同铺层顺序,分别进行低速碰撞仿真,研究其碰撞性能。再次,对碳纤维复合材料保险杠横梁进行铺层优化。利用MATLAB进行100次拉丁超立方采样,构建设计矩阵;在HyperStudy中导入构建的设计矩阵,进行试验设计;通过试验设计样本数据,选择HyperKring方法构建近似模型;选择遗传算法作为优化方法对近似模型进行优化求解,得到横梁的最佳铺层形式。最后,对碳纤维复合材料保险杠横梁设置最佳的铺层形式进行仿真计算,验证近似模型求解的最优参数的精度;对比分析优化后的碳纤维复合材料保险杠和原钢制保险杠的性能参数,发现优化的碳纤维复合材料保险杠具有更佳的碰撞性能,且质量显著减轻。结果表明,碳纤维复合材料对于汽车轻量化具有重要的研究意义。