碳纤维增强复合材料（CFRP）因其具有比强度高、比模量大、质量轻、力学性能可设计等优良特性以及制造成本的不断降低,使得其在制造业中正逐渐替代金属材料,得到了越来越广泛的应用。CFRP结构的一个突出特点是抗弯刚度较大,而抗扭刚度相对薄弱。这使得其能够替代需要较大抗弯刚度的金属板壳结构,而在替代需要较大抗扭刚度的金属管状结构时显得不足。对此,本文针对圆管结构进行CFRP替代金属材料的等刚度精细分析方法研究,提出了一套高效准确的等刚度替换及验证分析方法。首先,以直圆管为研究对象,通过理论推导和数值分析,得到了铺层角度和铺层顺序对圆管抗弯抗扭综合性能的影响规律。其中包括:（1）单一角度铺层中,0°的抗弯性能最好,45°的抗扭性能最好;（2）在对称铺层中,如果仅存在铺设角度α和-α且两者交替铺设,则铺层的剪切与拉伸之间没有耦合效应,且扭转与弯曲之间的耦合效应最小;（3）铺层方案[45°/-45°]_ns相较于其他仅由±45°组成的铺设方案,其抗弯和抗扭性能更优;（4）铺层顺序方案[45°/-45°/45°/0°₂/-45°/45°/-45°/0°₂]_ns的抗弯抗扭性能与钢材相近。其次,根据铺层方式对圆管弯扭刚度的影响规律,得出了一种高效准确的等刚度替换分析方法。该等刚度分析方法是将直圆管作为标准模型,通过分析金属直圆管和CFRP直圆管的弯扭刚度,得到与金属圆管截面弯扭刚度相近的CFRP圆管,并将该CFRP圆管所对应的铺层方案作为与金属圆管等刚度的铺层方案。然后,以直管和曲管组合而成的异型圆管为研究对象,将模态分析应用于结构等刚度验证,得出了一种全模态等刚度验证分析方法。相较于以往的多工况静载验证方法,模态验证法主要的优势在于:（1）分析过程简单,只需对替代件和原件进行模态分析,能够大幅提高验证效率;（2）与结构本身的受载工况无关,能够适用于变载结构件的等刚度验证;（3）以结构的刚度矩阵相等为基础,验证结果更为可靠,能实现真正意义上的全方位等刚度验证。最后,对汽车横向钢制稳定杆进行等刚度替换及验证,得到了满足刚度和强度要求的CFRP稳定杆,证明了本文提出的等刚度替换及验证方法的有效性。研究发现CFRP稳定杆相较于钢制稳定杆减轻了58.84%的质量,同时具有与钢制稳定杆相近的刚度,说明本文提出的等刚度精细分析方法能够有效应用于CFRP管状结构的等刚度设计,在保有与原结构相同力学性能的同时,实现结构轻量化。