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热模压成形（Hot press molding）作为一种高效制造技术,具有加工周期短、适合大规模生产等优点。作为典型的织物增强热塑性复合材料（Woven fabric reinforced thermoplastics,WFTRPs）,平纹机织碳纤维增强聚丙烯基（Plain woven carbon fiber reinforced polypropylene,PW-CFRPP）热塑复合材料显示出可回收、易存储、高韧性等优点,并且具备良好的成形性能以及优异的力学性能,通过热模压成形工艺可以快速获得指定形状的轻量化车身零部件。尽管PW-CFRPP具有在汽车车身上广泛应用的潜力,但目前有关PW-CFRPP的热模压制造工艺和结构耐撞性设计方面的研究才刚刚起步,相关的模压成形制造机制尚未完全明确,缺乏有效的缺陷评价指标、可靠的模压本构模型以及高效成形高效优化算法;典型工艺参数和环境因素对PW-CFRPP材料基础力学性能的影响规律尚不清楚,缺乏适用于PW-CFRPP结构失效预测的失效准则和模型;PW-CFRPP结构耐撞性设计中缺乏考虑多材料多工况多目标的高效优化设计方法,而且尚未考虑工艺效应的影响,成形（形）-性能（性）耦合模型以及一体化优化设计方法还没有建立。本研究旨在围绕上述制约PW-CFRPPs推广应用的关键基础科学问题开展相关研究,分别针对PW-CFRPP的模压成形制造工艺优化设计、工艺参数和环境因素对材料基础力学性能的影响特性及新型失效准则的建立、混合多材料防护结构的优化设计、形性耦合模型的建立以及耦合模型一体化优化设计方法等方面的关键科学问题展开研究,为进一步推动WFTRPs在汽车车身零件上的应用提供了科学的指导方法。本文主要开展并完成了以下四个方面的研究内容:（1）平纹碳纤维织物（Plain woven carbon fiber fabric,PW-CFF）模压成形性能的全局高效多目标优化设计:首先通过单轴和偏轴拉伸测试获取PW-CFF的基础力学参数,为后续的有限元模型提供可靠的参数支撑,随后通过模压成形实验探究了压边力大小以及铺层方向对PW-CFF的成形性能的影响规律,基于连续介质力学和框架不变原理开发非正交模压本构模型和有限元模型并进行验证,基于验证后的有限元模型深入揭示PW-CFF的成形机制并明确缺陷评价指标,采用全局高效优化算法开展了PW-CFF成形性能多目标优化设计,为形性耦合模型的建立以及耦合模型的一体化优化设计奠定了基础。（2）明确典型工艺参数和环境因素对PW-CFRPP基础力学性能的影响规律,建立PW-CFRPP新型失效准则:首先分别制备三种不同成形压力和三种不同保温条件下的PW-CFRPP层合板,通过单轴拉伸和偏轴拉伸实验获得不同的力学响应指标并结合实验后的试件破坏形貌进行分析;接着在同一种工艺条件下分别制备单轴拉伸和偏轴拉伸试样并对其分别在4种不同环境温度和三种不同加载速率下开展实验,获得力学响应指标并结合试样的破坏形貌进行数据分析;进一步,通过对传统金属胀型实验进行改进,设计一种新型PW-CFRPP胀形试件设计方法并基于此设计开展常温下的胀形实验,结合等效纤维应变和主次应变比指标建立基于成形极限曲线（Forming limit curve,FLC）的新型失效准则,利用有限元技术（Finite element analysis,FEA）将其与最大主应力和最大主应变准则对比验证其可靠性,上述力学性能和失效准则的研究为后续多材料混合防护结构耐撞性能的优化设计及形性一体化模型的建立奠定了基础。（3）碳纤增强聚丙烯/玻纤增强聚丙烯（CFRPP/GFRPP）混合层合板抗低速冲击性能多变量多目标多工况优化设计:首先通过模压工艺分别制备具有三种不同厚度的单一CFRPP和GFRPP低速冲击层合板试样,并通过落锤实验探究三种不同冲击能量对三种不同厚度试样的低速冲击性能影响规律,根据实验结果明确三种不同的变形模式以及两种材料的抗低速冲击性能响应特性;基于连续介质力学和新型FLC失效准则开发两种单一材料的低速冲击本构模型及有限元模型并验证其准确性,利用验证后的有限元模型深入揭示低速冲击过程中材料的破坏响应并对冲击角度、铺层方向和混合方案三种典型的设计变量进行参数分析;基于参数分析的结果,联合田口设计方法、灰度分析方法和均值分析方法开展CFRPP/GFRPP混合结构离散多变量多目标多工况优化设计,为后续的形性耦合模型的建立及耦合模型一体化优化设计做好铺垫。（4）明确工艺过程对结构性能的影响规律,建立形性耦合数值模型并基于耦合模型开展形性一体化优化设计:首先通过热模压成形实验制备具有不同纤维夹角、铺层方向和壁厚的单帽型PW-CFRPP薄壁试件,利用X光扫描断层（X-ray computed tomography,X-ray CT）技术绘制出每一层材料的纤维转角变化等高线云图,深入分析不同工艺过程对非正交PW-CFRPP薄壁试件纤维转角变化的影响规律;接着对具有不同纤维夹角的层合板试件进行单轴拉伸和偏轴拉伸实验探究不同纤维夹角和铺层方向对其力学性能影响的规律;同时对上述单帽型PW-CFRPP薄壁试件开展三点弯曲实验并归纳不同纤维夹角、铺层方向及壁厚对其弯曲响应的影响规律,明确工艺过程对结构性能的影响特性;基于（1）、（2）和（3）部分的研究基础开发形性耦合本构模型及其有限元模型并进行验证,基于验证后的形性耦合有限元模型深入地分析成形过程对纤维转角变化,纤维转角变化对结构性能变化的影响机制,最后基于形性耦合模型结合克里金代理模型和遗传算法开展PW-CFRPP薄壁构件成形-弯曲耦合模型一体化优设计研究。