近年来随着我国经济的迅速发展,汽车在国内的保有量在不断的增加。人们的出行变得越来越方便,但同时汽车数量的增加,也带来了新的社会问题,尤其是环境污染越来越严重,这关系到人类可持续发展的重大问题。因此,降低燃油消耗、减少汽车尾气排放成为汽车工程界主攻的方向。汽车轻量化是解决以上问题的最有效的措施之一,而汽车轻量化主要包括结构设计轻量化和材料轻量化两种方法。由于前者经过长时间的研究和完善,改进空间已经不大,然而后者随着科学技术的不断发展以及新型材料的不断涌现,给汽车轻量化带来了更广阔的发展空间。本文主要针对新型镁合金材料进行了全面细致的研究。目前镁合金应用的主要障碍之一是其复杂的塑性变形机理和破坏准则。镁合金较差的柔韧性使其极易在碰撞中断裂,成为汽车安全的重大挑战。非线性大变形有限元的模拟计算可能帮助设计者在汽车设计阶段准确预测镁合金结构的变形和断裂,从而降低开发成本。其中的关键技术就镁合金材料的塑性和断裂模型。目前国际上对这种材料还没有成熟的材料模型,是研究热点之一。本文主要通过大量材料实验(包括拉伸、压缩、剪切和缺口试验)分析了AZ31B镁合金板的力学特性并且针对镁合金的各向异性特征,对JC模型和采用关联流动法则的Hill48本构模型与试验数据进行了对比分析,得到Hill48本构模型对于预测AZ31B镁合金的材料特性具有更高的准确性。利用LS-DYNA软件对拉伸、压缩、剪切和缺口试验进行有限元仿真并且试验数据对比分析,从而验证模型的准确性。利用得到的模型制作材料卡片,替换前纵梁材料为AZ31B镁合金材料,采用LS-DYNA有限元软件进行汽车前纵梁材料轻量化设计,比较材料替换前后前纵梁方管性能,并且对前纵梁方管进行了厚度优化,从而保证了前纵梁方管材料轻量化后仍具有较好的碰撞安全性能,由于试验条件的限制,本文只进行了有限元仿真。另外材料研究结果表明,AZ31B镁合金具有较低的延伸率和明显的拉压不对称性,试验过程中没有明显的颈缩现象,并且随着应变率的升高镁合金表现出明显的正应变率相关性,随着拉伸应变的增加,材料的各向异性特征逐渐减小。各向同性的JC模型不适用于AZ31B镁合金材料,各向异性模型Hill48模型能够更准确的预测AZ31B镁合金材料特性。