汽车的普及带来诸多不可避免的问题,如交通事故频发和环境污染等。碳纤维增强复合材料(CFRP)由于其轻质高强的优良特质,在汽车结构件设计中非常具有应用潜力。研究表明,CFRP薄壁结构具有数倍于金属的比吸能。因此,CFRP薄壁管的吸能特性研究对于汽车轻量化和汽车碰撞吸能构件设计具有很重要的意义。本文利用有限元仿真方法对CFRP薄壁管展开一系列深入研究。首先,本文通过实验和有限元仿真研究CFRP薄壁圆管在准静态压缩工况下的吸能特性,并分别采用单层壳单元和双层壳单元两种有限元建模方法对其进行对比验证。结果表明,双层壳单元有限元模型既能更准确反应薄壁管吸能和受力情况,又能更好模拟CFRP圆管破坏失效的形变模式。其次,本文运用有限元仿真方法对不同类型CFRP薄壁管在不同载荷条件下的动态响应进行研究。结果表明:轴向压溃工况下,CFRP圆管具有优异的综合吸能特性。对CFRP圆管进一步的参数分析发现:圆管直径和单层碳纤维复合材料铺层厚度对薄壁管的比吸能、峰值力等吸能指标有较大影响,而圆管长度的影响较小。在此基础上,进行了CFRP薄壁锥管和圆管在斜向压溃工况下吸能特性的对比研究。结果表明:加载角度的存在使两种薄壁管的受力情况和失效模式发生改变,吸能指标均随加载角度增加而变小,且锥管在斜向压溃工况下呈现出更好的吸能特性。最后,本文以DOE和Kriging代理模型方法为基础,运用第二代非支配排序遗传算法NSGA-II,分别针对CFRP圆管在轴向压溃工况下和CFRP锥管在单一加载角度斜向压溃工况下的吸能特性进行优化设计,得到对应的Pareto前沿。本文的多目标优化工作可对工程实际中CFRP薄壁结构的设计提供理论参考。