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当前汽车工业的不断发展,降低了空间地域对人们的限制,同样也给资源环境和人们的生命安全带来威胁。消费者希望获得既具安全性、又具节能性的汽车,热塑性碳纤维增强金属层合板(Fiber Metal Laminates,FMLs)及复合结构有效地结合了热塑性碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic,CFRTP)与传统金属的性能优势,具有节能环保和力学性能突出的特点。本论文以汽车热塑性碳纤维增强高强钢(STEEL/CFRTP)复合材料及结构为对象展开研究,通过合理的热模/冲压工艺设计制备该类复合结构,结合层合板理论与适宜的失效准则,对其抗弯曲力学性能进行深入的实验和数值模拟研究,进而获得可实际应用于先进汽车车身结构设计的适应性结论。首先,本论文开发了一种适用于STEEL/CFRTP层合板及复合结构的工艺制备方法,通过寻求合理的工艺参数,建立温度-压力-成形质量之间的协同关系,保证制备的STEEL/CFRTP复合结构能够获得良好的界面粘接性能以及抗弯曲力学性能。基于相关工艺参数,分别制备了热塑性碳纤维层合板、STEEL/CFRTP层合板及复合帽形梁结构,实现了适用于热塑性树脂体系与高强钢复合的热模/冲压工艺开发。其次,开展了该类复合材料及结构的基础力学性能实验。完成了CFRTP层合板、STEEL/CFRTP层合板的准静态拉伸、STEEL/CFRTP复合帽形梁结构件的三点弯曲试验测试。结果表明:热塑性碳纤维材料力学性能优异,在承受弯曲载荷过程中界面粘接性能良好,适合作为金属基增强材料强化纯高强钢的抗弯曲力学性能,并提升碳纤维增强金属复合结构的轻量化效果。最后,开展对STEEL/CFRTP复合帽形梁结构三点弯曲数值模拟研究。其中,对于热塑性碳纤维建模过程采用多层壳单元联合建模方法,利用Tiebreak接触设置模拟层间树脂及胶层的粘接,并选取Chang-Chang失效准则合理描述其损伤机理和力学行为。进一步基于吸能值(Energy absorption,EA)、比吸能值(Specific energy absorption,SEA)以及抗弯曲峰值载荷(Force,F),等相关力学性能指标对STEEL/CFRTP复合帽形梁结构开展抗弯曲性能评价,并深入探究‘结构-材料-尺寸’因素对该类复合结构弯曲性能的影响。相关因素分别包括:结构形式、碳纤维铺层角度、铺层数目、高强钢厚度以及两种组分之间的厚度比等。结果表明:合适的‘结构-材料-尺寸’设计因素能够提升STEEL/CFRTP复合帽形梁结构的抗弯曲峰值载荷和能量吸收能力。因此,综合采用热塑性碳纤维增强金属复合材料进行先进车身结构功能设计,可实现良好的汽车轻量化效果。