随着我国汽车销量和保有量的增长,能源、环境以及交通安全等问题也日益严重。业内对于汽车的安全性和能源消耗提出了更高的要求,汽车轻量化和新能源技术的使用是改善当前问题的重要途径。近年来,类似碳纤维复合材料（CFRP）等新型材料的应用已成为汽车轻量化的重要途径。汽车车门防撞梁作为保护汽车乘员安全的重要防护零部件,探索其复合材料的应用替代具有重要意义。复合材料/金属混合结构结合了轻质高强的复合材料和低成本、易成形的金属材料的特点,在车用吸能装置应用上展现了经济高效的巨大潜力。本文基于侧面碰撞有限元仿真方法以及复合材料/金属混合结构样件的试验对车门防撞梁的混合结构进行了轻量化研究。主要研究内容如下:第一部分基于FMVSS 214侧面碰撞法规,建立了车门防撞梁侧面柱碰撞仿真模型,分析了防撞梁的承载能力和吸能能力等耐撞性评价指标。同时对比不同几何形状的防撞梁的耐撞性能,结果表明帽型结构的车门防撞梁性能优异且可设计性高。接着对帽型防撞梁进行优化设计,以峰值载荷(F_max)和总吸能量（EA）为目标,通过BP神经网络模型和多目标遗传算法（NSGA-II）相结合,最终得到其最佳外尺寸为a=16 mm,b=38 mm,c=17 mm和θ=95°,并为车门CFRP/金属防撞梁提供了几何尺寸。第二部分主要通过碳纤维复合材料（CFRP）/铝合金（Al）混合圆管的横向受载试验,建立可靠的复合材料/金属混合结构有限元模型。首先通过材料测试标准得到了CFRP和Al的基本性能参数,其次比较了CFRP/Al混合管双层壳和连续壳的横向受载有限元模型的精确度,研究表明连续壳的建模方法更准确,误差小于5%,可用于CFRP/金属混合薄壁结构的有限元建模,为车门CFRP/金属防撞梁的建模提供了基础。第三部分基于等刚度替换原理,建立了车门CFRP/Al混合防撞梁的仿真模型并与原钢制帽型防撞梁进行对比,其比吸能提高了0.92倍,质量降低了44.2%。根据CFRP的可设计性,讨论了铺层厚度、铺层角度和铺层顺序对防撞梁耐撞性的影响。在保证耐撞性能的要求下,以轻量化为目标,通过复合材料三步优化法对CFRP/Al混合防撞梁进行了铺层结构（角度、厚度和顺序）优化,最终得到质量为0.853 kg,比优化前降低了9.3%,最佳铺层顺序为[45/-45/0/0/45/-45/0/0/0/45/-45/0/0/0/45/-45/90/90],每层厚度为0.1 mm。最后,分析了不同碰撞工况下优化前后CFRP/Al混合防撞梁的碰撞结果,在柱碰工况下,优化后的CFRP/Al混合车门防撞梁承载能力提高7%,比吸能提高23%;在台车碰撞工况下,优化后的混合防撞梁降低了车门内板的最大侵入量和侵入速度峰值,有效地提高了车门的耐撞性能。