汽车轻量化是二十一世纪汽车工业发展的重要方向,其中的主要方向之一就是制造汽车用材料轻量化。用碳纤维编织复合材料代替传统钢铁材料是汽车轻量化的主要路径之一。在国防、航空航天以及风电等领域,虽然碳纤维增强复合材料已有大量应用案例,但是昂贵的生产成本非常严重地阻碍和制约了该材料在大批量生产行业中的应用。近年来随着碳纤维的成本下降和产量的提高,给碳纤维在汽车上的应用带来了希望。本文通过研究热塑性碳纤维编织复合材料的热压成型工艺,使得碳纤维复合材料适应汽车工业大批量、低成本、高效率的生产特点成为可能。但复杂曲面碳纤维复合材料构件的热压成型工艺不同于钢铁材料,其在热压成型过程中呈现出的大变形、非线性、各向异性特性和多场耦合现象,使现有的用于金属材料冲压成形的理论基础和设备以及工艺不能直接移植到碳纤维编织复合材料的成型上。因此,本论文通过理论分析和实验研究相结合的方法来研究平纹编织碳纤维复合材料的变形规律和力学行为,建立碳纤维复合材料的热压成型分析模型,得到结构因素、基体材料以及成型工艺参数等对热压成型的影响规律,明确碳纤维复合材料热压成型中的典型缺陷特征以及影响因素,发展碳纤维复合材料热压成型理论,从而提出可靠有效的成型工艺,为热压成型工艺在复杂曲面碳纤维复合材料构件制造上的应用奠定理论和实验基础,更是当前加快我国碳纤维复合材料在汽车轻量化应用中的迫切需要。本论文的研究是在国家自然科学基金(编号11172171、50975236)的支持下完成的。本文针对平纹编织碳纤维复合材料的热压成型这一研究课题,设计了拉伸实验夹具和镜框剪切实验夹具,利用这两种夹具测量碳纤维编织材料的拉伸性能和剪切性能。通过单向拉伸、偏向拉伸和镜框实验,获得了平纹编织碳纤维布的相关性能实验数据。为了表征在覆盖成形过程中碳纤维增强复合材料的大变形、非线性、各向异性力学行为,提出了各向异性超弹性材料模型。该材料模型基于纤维增强复合材料连续介质力学理论,将材料变形过程中所需的能量(即应变能)分解为两部分,一部分是由纤维纱线在拉伸变形过程中所产生的能量,称为拉伸应变能,另一部分是由纤维纱线之间夹角的变化(即发生剪切变形)而生成的能量,称为剪切应变能。只考虑成形过程的加载,将材料在成形过程中发生变形所做的功等效为材料的应变能,然后通过拟合拉伸、剪切力学性能实验数据,获得了本构模型中的材料参数,进而通过推导计算得到了材料模型在工程应用中的具体表达形式。利用ABAQUS通用商业有限元分析软件平台,采用UANISOHYPER_INV自定义用户材料子程序模块,有效完成了在通用有限元软件平台ABAQUS上实现各向异性超弹性力学本构模型的求解。并首次以双曲率曲面橄榄球形壳类零件作为实验研究对象,通过模具设计,进行了覆盖成形实验和计算机数值仿真。在覆盖成形实验中,选择不同的裁剪方式对碳纤维布进行裁剪,记录并分析了成形过程中坯料边界的变化以及剪切角的变化,研究干碳纤维布的不同裁剪方式以及不同方式的组合对成形性能的影响。采用所提出的基于能量的简化的各向异性超弹性材料模型对成形过程进行计算机仿真模拟,并将数值仿真结果和实验结果进行比较,实验结果和仿真结果非常吻合,说明纤维增强编织复合材料在承受大变形情况下的各向异性和非线性的力学性能可以用该简化的各向异性超弹性力学本构模型来表征。在对热塑性树脂基碳纤维编织复合材料的热压成型实验研究过程中,利用聚丙烯(简称PP)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(简称ABS)和尼龙6(简称PA6)三种热塑性树脂颗粒分别和平纹编织碳纤维布进行组合,并构成交互重叠的复合材料结构进行热压成型,以达到编织复合材料构件的大批量、低成本制造目的。在热压成型实验过程中,对坯料进行了不同的组合,选择了不同的工艺参数并进行了大量的热压成型实验。实验结果表明:用该方法可以制造复合材料结构件,而且缺陷也可以控制,通过优化工艺和相关参数,热塑性树脂基碳纤维编织复合材料的热压成型实现零部件大批量低成本制造是可行的。这种成型方法集材料制备和零件制造于一体,既节省时间,又节省能源,是一种高效率的成型方法,该成型方法获得了国家发明专利授权,专利号为:ZL 2012 1 0216580.9。最后,依据碳纤维编织复合材料拉伸实验和镜框实验的特有变形特征,结合建立的材料模型,提出了评价碳纤维编织材料热成形性能的三个指标:剪切锁死角、边界轮廓、温度敏感性,从而为碳纤维编织复合材料在热压成型中工艺条件设置、材料选择等方面的因素提供参考。