近年来汽车轻量化技术不断发展,目前实现汽车轻量化的主要途径之一是采用轻量化材料。纤维复合材料作为一种新型复合材料,已经在诸多领域应用,例如:航空航天、海洋工程、军工等领域,随着纤维复合材料生产制造技术的日益成熟稳定,汽车领域也在逐步探索和研究轻质纤维复合材料,并取得了初步的应用。然而,在汽车减重的同时,如何保证其安全性,也是进行轻量化材料应用研究的一个重要课题。纤维金属层合板是由金属板与纤维增强树脂基复合材料层板粘接在一起交替铺排压制而成,其性能包含了金属材料和纤维增强复合材料的优势,同时也是多种材料性能的集成。纤维金属层合板比纤维复合材料具有更强的能量吸收效果;同时,纤维金属层合板的比强度和比弹性模量相比纯金属板更高,因此,纤维金属层合板在抗冲击特性和轻量化方面足以达到汽车领域的性能需求,其在汽车领域的应用前景十分可观。玄武岩纤维是一种天然环保高性能纤维材料,具有良好的力学性能、化学稳定性、耐高温、抗氧化、成本低等多种优异特点。因此本文结合玄武岩纤维复合材料和铝合金的性能特点,运用粘接成型的方法把铝合金薄板和玄武岩纤维增强复合材料制备成玄武岩纤维铝合金层合板,通过试验和仿真相结合的方法研究其力学性能,研究玄武岩纤维铺层顺序对纤维金属层合板抗冲击性能的影响,并针对抗冲击性能对层合板金属层厚度进行多目标优化,最后将其应用到车门上进行应用基础性研究。本文研究内容如下:(1)制备玄武岩纤维铝合金层合板样件并进行力学性能试验。首先制备层合板试验样件,对两种型号的铝合金板进行去污,脱脂和脱氧处理,并与玄武岩纤维层合板粘合,制成不同叠层方式的玄武岩纤维铝合金层合板样件,为对比研究各个样件的弯曲特性与抗冲击特性,对所有玄武岩纤维铝合金层合板样件进行三点弯曲试验和低速落锤冲击试验。(2)建立玄武岩纤维铝合金层合板有限元模型并研究纤维铺层顺序对层合板抗冲击性能的影响。介绍了复合材料的损伤理论,包括复合材料的本构模型、层内损伤理论和层间损伤理论。采用基于3D-Hashin准则的复合材料损伤起始判据,编写材料模型子程序,在有限元软件中对落锤冲击过程进行仿真模拟,对比仿真结果与试验结果,发现二者具有较好的一致性,验证复合材料模型子程序的准确性和仿真模型的有效性。选取实际工程中常用的四种纤维铺层角度0°,+45°,90°,-45°,针对3/2叠层方式的纤维金属层合板的纤维铺层顺序进行设计,得到12组纤维铺层顺序组合。采用仿真方法对12组纤维铺层顺序的层合板进行低速冲击得到第6组纤维铺层顺序的层合板具有最高的能量吸收,并将此铺层顺序的层合板用于后续多目标优化。(3)玄武岩纤维铝合金层合板金属层厚度多目标优化。多目标优化变量为上、中、下铝合金面板厚度,优化目标为下面板挠度、峰值力、比吸能、厚度,约束条件为厚度为1.0mm的DP590钢板的比吸能和挠度以及层合板总厚度,建立冲击仿真模型并进行多目标优化,获得最佳的铝合金厚度为上面板厚度0.472mm,中间面板厚度0.104mm,下面板厚度0.138mm,对该方案取近似值得到上层铝合金厚度0.47mm,中间层铝合金厚度0.10mm,下层铝合金厚度0.14mm,并在后续将该层合板应用到车门上。(4)玄武岩纤维铝合金层合板车门应用。将优化后的玄武岩纤维铝合金层合板应用于汽车前车门外板进行侧面柱碰撞模拟仿真,并与全钢制车门对比分析,结果显示将车门外板替换成玄武岩纤维铝合金层合板后,侧面柱碰时车门内板的最大侵入量和最大侵入速度均有所减少,同时车门外板质量也降低21%,表明层合板对车门安全性和耐撞性具有提升效果,并符合汽车轻量化技术的要求。