薄壁结构作为能量吸能效率较高的部件在过去几十年中已经得到了广泛的研究,包括其材料组成以及具有性能较好的结构。最近,燃油排放的控制给汽车生产和制造提出了更大的挑战,轻量化设计成为解决汽车重量和提高燃油率的重要手段之一。作为目前最有应用前景的轻量化材料之一,具有高比强度与高比刚度的碳纤维增强复合材料(CFRP)已经逐渐代替传统的金属材料应用到汽车生产之中。相对于传统的金属材料,相关的研究已经证明了CFRP确实具有明显的轻量化效果。为了结合CFRP的高比强度等性能以及传统金属价格低廉、变形稳定等特点,提高汽车车身的抗撞性能和轻量化效果,本文将开展碳纤维包裹方管轴向压溃性能的研究,并应用到汽车的设计改进中。本文首先开展了铝合金和碳纤维增强复合材料的性能测试,获得了两种材料的力学性能参数作为后续的仿真建模的输入。制作单向和反对称两种铺层形式的碳纤维包裹方管样件并进行了准静态压溃实验,分析碳纤维包裹方管变形模式与铺层形式的关系并对比轴向压溃性能。实验结果表明,与纯铝管和碳纤维单向包裹方管相比,碳纤维反对称包裹方管具有稳定的轴向压溃变形和优异的能量吸收能力,比吸能SEA最高提高11%。利用有限元分析软件Ls-dyna建立碳纤维反对称包裹方管的轴向压溃仿真分析模型,研究和确定网格尺寸、铝合金与CFRP之间接触设置、MAT54材料模型的非物理参数对仿真结果的影响,并利用实验结果进行对比以验证仿真模型的准确性。基于有限元模型研究碳纤维反对称包裹结构参数与轴向压溃性能的相关性。结果表明,由于存在通过弯曲变形的吸能形式,总厚度的增加会导致SEA单调提高,而随着CFRP与铝合金厚度比的增加,SEA先降低后提高。在保持质量不变的前提下,随着CFRP比例的增加,SEA先降低后增加,当CFRP铺层大于一定值时,碳纤维反对称包裹方管比等质量的纯铝管有更优异的能量吸收性能。最后,将碳纤维反对称包裹方管应用到汽车的吸能盒改进设计中,仿真结果表明,在质量保持不变的前提下,碳纤维反对称包裹方管吸能盒的能量吸收比传统金属提高26.9%,碰撞波形的最大加速度降低8.49g,碰撞波形的质量更优。相比于传统的金属薄壁结构,碳纤维反对称包裹方管提供了良好的吸能装置,本文研究碳纤维包裹方管的轴向压溃性能及其在车身的应用,为复合材料在车身承载件上的应用提供参考。