进入21世纪以来，我国的汽车保有量飞速增长，所造成的能源与环境污染问题也日趋严重。有研究表明，汽车的油耗和污染排放量均与汽车质量密切相关，汽车质量每减轻1%，油耗将降低0.7%，碳排放量将降低0.4%，因此，汽车轻量化设计是减少油耗和减轻环境污染的最有效方式之一。与此同时，相关法律法规对汽车安全性能提出了更高的要求，因此迫切地需要在满足汽车安全性能的前提下实现汽车的轻量化设计。
　　近年来，我国的交通事故频发，所造成的人身财产损失日益剧增。通过查阅大量国内外文献以及道路交通事故统计数据，发现侧面碰撞是造成人身财产损失最多的一种碰撞形式。在汽车发生侧面碰撞事故时，B柱结构是最重要的承载结构件，对乘员保护起着至关重要的作用。传统B柱结构较复杂，质量较大，因此轻量化潜力很大。本文通过结合目前汽车工业先进的两种轻量化途径，一是连续变截面轧制技术（Tailor Rolled Blanks，TRB），又称差厚板技术；二是应用轻质高强的碳纤维复合材料，旨在优化设计出一种既满足安全性能又能实现良好轻量化效果的新型超混杂复合B柱结构。
　　以某款轿车为研究对象，参考美国新车评价法规相关规定，建立整车侧面碰撞有限元模型，并且将侧面碰撞仿真结果与实车试验结果相对比，验证了有限元模型的准确性。结果显示，发生侧面碰撞时，汽车B柱结构对应乘员头部与胸部位置测点的侵入速度与侵入量峰值均较大，不利于乘员保护，B柱性能需要进一步提高。因此在后续优化设计过程中，对B柱的结构形式以及材料分布进行系统优化设计，尽可能使得B柱结构的刚度分布更加合理，呈现上强下弱的分布形式，以提高B柱的耐撞性能同时减轻B柱的重量。
　　为了减小计算成本，将B柱结构单独提取出来，进行等效静载定性分析和优化，旨在设计一种碳纤维增强复合材料（CFRP）-差厚钢板（TRB）复合B柱结构。即将传统B柱结构中部的加强板去除，将B柱外板设计为差厚板结构形式，同时在其内侧局部铺贴碳纤维增强复合材料进行增强。然后利用优化软件Optistruct对该超混杂复合B柱内外板的厚度分布、复合材料的铺层厚度和铺层顺序进行优化设计。最后将优化得到的设计方案代入整车侧面碰撞模型进行耐撞性能验证。结果表明，在满足制造工艺要求的条件下，超混杂复合结构B柱结构达到了22.6%的减重效果，同时侧面碰撞下头部和胸部位置侵入量峰值分别降低7.5%和11.4%，侵入速度峰值分别降低4.7%和14.8%，大幅减重的同时具有更佳的耐撞性能。
　　最后，在整车侧面碰撞工况下，利用多学科优化平台Hyperstudy调用有限元软件Ls-Dyna进行联合优化：将超混杂复合B柱结构外板各区域厚度以及内板厚度作为设计变量，以质量作为优化目标，以关键位置测点的侵入量与侵入速度峰值作为设计约束。采用空间分布更均匀的哈默斯雷采样进行抽样，并基于移动最小二乘法构建近似模型，最后利用遗传算法进行优化设计。优化得到的超混杂复合B柱结构设计方案与初始B柱结构性能进行对比，达到减重24.9%的轻量化效果，并且侧面碰撞下头部和胸部位置侵入量峰值分别降低4.5%和10.7%，侵入速度峰值分别降低4.7%和13.9%，变形模式更有利乘员保护。同时对比仅使用连续变截面板的B柱结构设计方案，铺贴碳纤维复合材料的超混杂复合B柱结构具有更好的减重效果和更佳的耐撞性能，体现了应用复合材料的超混杂复合结构的性能优越性，对未来碳纤维复合材料以及超混杂复合结构在汽车承载结构件上的应用具有一定的借鉴作用。