随着汽车数量增多,汽车排出的有害气体已经取代了粉尘,成为大气污染的主要污染源。面对气候问题,许多国家包括中国都推出了日益严格的排放法规。进行汽车轻量化是实现汽车降低油耗、减少排放的最有效方法之一。有试验表明,汽车质量每减轻10%,油耗下降6%～8%,排放量下降4%。同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率,使汽车的动力性能提高。采用碳纤维增强复合材料(CFRP,Carbon Fib er Reinforced Plastic)代替传统金属材料,是实现汽车轻量化的最有效途径。而热塑性碳纤维增强复合材料(CFRTP,Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic)与热固性碳纤维增强复合材料相比,其在比强度、比刚度、耐腐蚀性、可设计性等方面具有同样的优势,却更具有密度更低、预浸料不需冷藏、成型时间短、可再生利用等突出特点,更适合现代工业大规模生产需求。在考虑汽车轻量化的同时,还需关注汽车的安全性。在汽车侧围中,汽车B柱及其下接头起着重要的承力作用。接头上部分支连接汽车B柱,左右分支连接两个门槛梁,结构复杂,作为车身承载结构中的重要一环,对车身刚度、强度有着重要影响。目前,已有少数学者对热固性CFRP车身B柱下接头进行了研究,但还没有针对CFRTP的研究。对CFRTP的研究还主要集中在日本、美国等发达国家,国内的研究还十分匮乏。因此,本文选择对CFRTP材料车身B柱下接头进行研究,这对CFRTP在车身轻量化中的应用,以及CFRTP与热固CFRP的对比使用,具有一定的指导意义。根据传统的汽车B柱下接头结构,参考其尺寸并结合复合材料的成型工艺特点,设计了 CFRTP材料车身B柱下接头。根据已有的设备和条件,及所购预浸料材料的特点,选择压制模压成型法制备CFRTP接头,并设计了相应的热压模具。制备接头的同时,还以ASTM标准测试了 CFRTP层合板的力学性能。为测试CFRTP接头的承载性能,设计了准静态的横向弯曲试验和横向弯扭试验,获得了加载点的力-位移曲线,从而获取了接头的刚度、最大承载力等评估接头承载能力的关键力学性能。实验表明,对于接头结构,帽形板的重要性大于底板,限制横向弯曲性能的最主要因素是帽形板两翼的抗剪切强度,限制扭转强度的是中央分支两侧的连接强度。分析CFRTP接头失效原因及破坏形式的同时,使用Abaqus软件实现了较为准确的有限元仿真,复合材料层板及胶面破坏情况与试验情况一致。随后本文还对比了 CFRTP材料与热固性CFRP材料的材料参数,并利用有限元仿真模型对比了 CFRTP接头与热固性CFRP接头的承载表现,结果显示CFRTP材料虽在强度上不及热固性CFRP材料,但在刚度上略有优势。最后,以刚度最大和质量最小为优化目标,对CFRTP接头进行了铺层层数和铺层角度的优化设计,在减轻质量的同时大幅提升了接头的刚度。优化结果表明铺层方向对复合材料T型接头结构的承载能力有极为重要的影响,造成这种巨大变化的主要原因是由于接头的应力分布情况会因纤维方向的改变而变得完全不同。