1）目的和意义

本文的主要目标是通过有限元分析获得碳纤维复合材料防撞梁的抗冲击性能。

本文的意义是确保碳纤维复合材料汽车防撞梁的安全性，并进行优化设计，从而具有更好的经济性能。

汽车防撞钢梁与车身的框架结构，儿童座椅挂扣，安全气囊等一同构成了汽车的被动安全系统。当汽车发生碰撞后，前防撞梁会把撞击能量分给吸能盒，让吸能盒先溃缩吸收撞击能量，将剩余的能量分化给两边纵梁，而纵梁负责把撞击能量向后疏散到整个车体上，由整个车身构架来吸收能量，分散撞击力，减小驾驶室的变形，从而达到保护车内成员的目的。

防撞梁的轻量化设计对降低汽车的油耗具有重要意义，有资料表明，汽车空载的情况下，70% 的燃油消耗主要是由于汽车车身的重量导致的，汽车的整备质量每减少100kg，百公里油耗可以降低0.3-0.6 升,因此减轻汽车车身质量是业内一直追求的目标。

业内目前通常采用高强度钢板、铝合金、复合材料等来实现防撞梁的轻量化。碳纤维复合材料作为一种新型复合材料，在汽车上的运用仍处于探索阶段。早期仅局限于F1赛车及豪华跑车这类价格昂贵的车型，现在也仅在一些量产的车型中的零件上得到了初步的运用。

2）国内外研究现状

国内外研究领域在汽车轻量化方向上不断探索和探讨。

在国内，上海交通大学的zhao等人根据复合材料可整体一次性成型的特点，设计出一种全新结构，吸能盒采用泡沬材料并嵌入到铺设编织碳纤维复合材料的防撞梁结构中，形成一体结构。采用Kriging建模方法和改进的粒子群优化算法优化出最优的变量，最终优化的结构满足所有碰撞性能和强度要求，并减重31.5%。吉林大学的张明新以白车身有限元模型进行高速碰撞仿真，采用正交试验设计优化出新型前纵梁横截面，并证明减重方案合理。湖南大学的王冠，周佳等人采用6061铝合金材料 Johnson - Cook本构模型，利用混合自动细胞机法进行防撞横梁的拓扑优化，进而利用模拟退火算法得到最优的防撞横梁截面尺寸，与钢制防撞横梁模型碰撞性能结果相比，吸能量增加了45.6%，质量减轻了25%，并进行了台车碰撞仿真模拟验证。

在国外，Giovanni Belingardi等人以 E-Glass/epoxy材料挤压成型的防撞梁为模型，采用 ABAQUS软件进行低速碰撞仿真，并优化防撞梁横截面形状和防撞梁曲率，优化后的结构平均碰撞力减小，变形模式变为逐级压溃。Seong Sik Cheon等人采用三点弯曲试验确定玻璃纤维增强复合材料防撞梁的最优铺层结构，因为复合材料易受集中载荷产生屈曲和失效，提出多个截面的防撞梁结构，通过静态碰撞测试，并与高强钢（AISI 4340）防撞梁的失效载荷比较，确定“日”字形防撞梁为最优结构。