复合材料结构以其优良的性能,正被广泛地用于车身结构以及覆盖件中,在实现汽车轻量化的同时也为节能环保作出了贡献。车身结构轻量化主要有三种途径:结构优化、轻量化制造和采用新型材料或材料替换。碳纤维增强复合材料被认为是一种实现汽车结构轻量化的重要候选材料。车身的承载结构主要由薄壁梁构成,车身接头是车身结构的重要承载位置,也是影响车身结构性能的主要因素。本文将碳纤维增强复合材料与车身T型接头结构结合起来作为研究对象,探索复合材料车身重要承载结构的制造工艺,动静态力学特性和失效机理,通过理论研究、仿真分析和试验,找到影响该结构力学性能的主要因素,提出相应的优化设计方法,从而得到一套涵盖复合材料车身部件材料选择、力学性能和结构设计的评价方案,主要研究内容包括:（1）针对热塑性碳纤维T型接头结构几何形状复杂、成型难度大的特点,研究了慢速合模的成型方法和工艺参数。热塑性碳纤维T型接头结构采用聚碳酸酯热塑性碳纤维（Carbon fiber/Polycarbonate,CF/PC）热压机高温高压成型工艺。首先,设计了 T型接头专用模具,使之实现在制作T型接头时能够精准合模,完成后易于脱模,以及控制接头层合板厚度的特点。然后,在制作过程中,找到了最佳的成型时间和成型温度条件。采用慢速合模的压制方式能够有效减小圆角半径区域纤维褶皱的程度和面积。最后,对热塑性碳纤维复合材料进行了静态和动态力学性能测试,通过其动、静态力学性能的研究,发现热塑性碳纤维复合材料动、静态力学性能除了在密度、泊松比和压缩强度方面外,差异都较大。（2）基于碳纤维T型接头结构在准静态下面外弯曲和弯扭耦合力学性能特点,提出了采用解析、有限元和试验手段相结合的分析研究方法。首先,提出层合板屈曲和压碎两种理论失效模型以及T型接头面外弯曲和弯扭耦合刚度模型,绘制面外弯曲失效机制图,找到了接头快速设计方法。T型接头帽型件以上表面的剪切破坏和底板的屈曲、压碎破坏为接头结构主要的失效模式,其中层合板以压碎失效为T型接头结构面外弯曲试验重要的失效模式。其次,试验结果表明,碳纤维层合板的渐进失效引起了 T型接头结构弯曲刚度的衰减,失效形式包括纤维的断裂、缠绕,树脂的压碎以及纤维和树脂的分层等。此外,碳纤维T型接头试验的刚度在解析模型和有限元模型中得到了验证,基于Hashin失效准则的有限元模型在失效载荷和失效位置方面也与试验结果吻合较好。（3）针对碳纤维T型接头结构动态冲击力学性能特点,从解析、有限元和试验角度对接头结构低速冲击性能进行评价。采用三种不同速度的冲击以及两种连接方式,从宏观和细观层面对冲击破坏损伤进行分析进而得到四种明显的失效模式。通过绘制相应的力-时间/位移曲线,分析不同冲击速度、不同连接方式下接头结构的能量吸收机制。值得注意的是,帽型件完全破坏的失效模式对比吸能（Specific energy absorption,SEA）影响较大。同时冲击速度与比吸能成正相关,而连接方式对比吸能影响较小。同时建立了基于碳纤维T型接头结构的渐进失效解析模型和有限元模型,对冲击力学特性进行预测。解析模型能够预测冲击峰值力和冲击位移,有限元模型能够对包括力-时间曲线、接头结构失效过程和吸能性方面进行模拟预测。（4）针对车身碳纤维T型接头特点,以某真实车型B柱下接头作为参照,对碳纤维T型接头进行等刚度设计并提出了结构形状与材料性能协同优化方法。首先,设计了多层次优化模型,采用非受控排序基因算法（Nondominated sorting genetic algorithms,NSGA-Ⅱ）对T型接头结构的几何尺寸、铺层数目以及铺层角度进行多目标多约束的全局优化分析,同时对之前的T型接头弯曲刚度理论模型进行了验证,证明了接头快速设计方法的有效性。通过构建RBF代理模型来减少计算时间成本,得到了质量更轻、刚度和强度更高的T型接头结构。然后,基于梯度算法的T型接头形状优化能够进一步提升其力学性能。总之经过形性协同,多层次一体化设计的碳纤维T型接头力学性能得到了显著提升,生产成本得到了降低,优化设计效果显著。本论文构建了碳纤维车身T型接头结构失效机理的基本理论框架,从接头的制造工艺,动、静态失效机理,以及优化设计方面,对其进行了一系列的系统研究,能够为碳纤维车身承载结构部件的设计提供理论指导,同时具有重要的工程实际意义。