交通事故造成每年伤亡人数惊人,汽车安全成为人们关注的焦点之一,为此许多国家或组织成立了旨在提高汽车安全性能的研究机构,并且出台了相关的法律法规。由于车辆正面碰撞发生概率最大,所以车辆正面碰撞安全一直都是众多碰撞类型当中研究最多的。随着汽车保有量的增加,能源成为了制约汽车发展的重大因素,汽车轻量化成为了解决此问题的一条重要途径。如何在改善汽车安全性能的同时兼顾到汽车轻量化,复合材料便是一种很好的选择。本文为汽车前纵梁设计了一种复合型圆柱管的材料模式,通过LS-DYNA建立有限元模型,对复合材料前纵梁进行优化设计与分析。按照FMVSS 208法规要求,在LS-DYNA非线性有限元软件当中,应用整车正撞有限元模型、Hybrid III 50%男性假人模型、台车有限元模型进行原车正面撞击仿真分析,确定车辆正面撞击仿真及台车试验仿真的注意问题。根据原车正面碰撞仿真及台车试验仿真结果对原车吸能特性、运动学特性及乘员头部损伤进行分析,确定了汽车前撞过程中吸能最大的部件为汽车前纵梁以及通过车辆撞击曲线进行台车试验探讨乘员头部损伤方法的可行性。对复合型圆柱管材料进行介绍,建立内嵌金属圆柱管及复合型圆柱管有限元模型,明确了建立复合材料模式过程中所需要注意的问题,并通过落锤式冲击试验验证了有限元模型的正确性。探讨复合材料汽车前纵梁各项参数对乘员头部损伤的影响,确定正交试验的四大影响因素为内嵌金属材料、金属层壁厚、复合材料层壁厚及复合材料铺层方式。对汽车前纵梁复合材料进行正交试验设计,按照正交表进行仿真试验。分别通过极差分析及方差分析确定了最优化的复合材料模式及最显著影响因素。应用此种复合材料模式,乘员安全保护得到有效提高,前纵梁重量大幅度降低。本文的研究工作为复合材料在汽车耐撞部件上的应用提供了一种新的设计方法,为设计兼有乘员保护功效及轻量化的汽车前纵梁提供了参考。