近年来,全球经济快速发展的同时也带动了全世界汽车销量的逐年快速增长,但这同时也带来了能源不足、环境污染以及交通事故频发等亟待解决的问题。因此针对上述问题,对汽车提出了更高的节能减排和安全性等要求。其中,汽车碰撞安全性直接影响到乘员的生命健康,因此是需要解决问题中的重中之重。在汽车碰撞吸能结构件中,保险杠是作为正面碰撞或追尾碰撞过程中首要的也是主要的缓冲吸能构件,因此它需要在尽量轻量化的前提下,实现更高的碰撞性能。碳纤维等复合材料（CFRP）凭借轻质高强的性能逐渐被应用于汽车的吸能结构件中。但由于碳纤维的脆性破坏,大大限制了其应用潜力。金属-复合材料混合结构结合了轻质高强的复合材料和低成本、高延展性的金属材料,在汽车吸能承力构件的应用上具有更高的可行性。本文基于金属-复合材料混合结构的压缩实验和正面低速碰撞有限元仿真方法对汽车保险杠进行了轻量化和碰撞性能优化设计,主要研究内容如下:（1）首先通过金属-复合材料混合方管和圆管的连接,制作了简化的混合保险杠缩比结构。随后对其进行压缩实验,并分析了金属-复合材料混合结构的压缩变形机理和吸能特性。基于金属-复合材料力学性能测试结果和压缩实验,建立了金属-复合材料结构压缩仿真模型,通过实验与仿真破坏模式和性能评价指标的对比,验证了金属-复合材料混合结构有限元模型的准确性。最后通过对金属-复合材料混合结构在压缩过程中的变形云图分析,进一步揭示了金属-复合材料混合结构的变形机理。（2）基于正面碰撞和RCAR碰撞标准,并利用验证后的金属-复合材料混合结构有限元模型,建立了金属-复合材料混合保险杠在完全正面碰撞和40%正面重叠碰撞工况下的有限元模型,并通过可行性分析验证了两种工况下碰撞仿真模型的准确性。进一步利用该碰撞仿真模型,分别分析了完全正面碰撞和40%正面碰撞下金属厚度、复合材料铺层角度和层数三个设计变量对混合保险杠碰撞性能的影响。（3）由于正面碰撞两种工况下混合保险杠碰撞性能指标间存在的多种矛盾,在满足碰撞要求的前提下,采用COPRAS复比例评估方法实现了从两种工况下碰撞峰值力、横梁最大位移和比吸能的多目标性能评价转化为综合碰撞性能Qi的单目标性能评价。进一步以Qi值最大为目标,通过GA-BP神经网络优化算法,对金属厚度、复合材料铺层角度和层数进行结构参数优化,最终优化得到金属厚度为1.8mm,碳纤维铺层角度为65°,层数为8层的混合保险杠。最后,通过仿真计算对比了两种正面碰撞工况下原金属和优化后混合保险杠的碰撞性能,结果表明,优化后的混合保险杠相较原金属结构,不仅成功减重1.6%,而且在两种正面碰撞工况下的碰撞性能分别得到了46%和16%的大幅提高,实现了轻量化和碰撞性能提升的双重目标。