悬架扭转梁是汽车底盘关键零部件,对其进行轻量化设计有助于降低汽车非簧载质量,提高燃油经济性,改善汽车行驶性能。考虑到碳纤维增强复合材料具有优异的力学性能和良好的可设计性,本文将其应用于汽车悬架扭转梁横梁结构,研究碳纤维增强复合材料扭转梁横梁轻量化设计方法,对轻质高强汽车悬架结构件的设计开发具有重要的借鉴意义。首先,在探讨碳纤维复合材料力学理论基础上,通过真空辅助成型法结合试验标准制作力学性能试样,进行拉伸试验、压缩试验以及面内剪切试验,整理测量数据,计算得到碳纤维复合材料的力学性能参数。其次,建立钢质扭转梁有限元模型,确定分析工况和边界条件,仿真得到U型钢质横梁的性能。基于等刚度设计理论确定U型碳纤维复合材料横梁的厚度,对比分析仿真结果,结合薄板结构几何特性将扭转梁横梁结构U型截面改为S型截面,验证改进效果。基于复合材料设计原则,采用包括自由尺寸优化、尺寸优化以及层组次序优化的多层次优化方法得到S型碳纤维复合材料横梁的最佳铺层方案。最后,在前述最佳铺层方案的基础上,将碳纤维复合材料的铺层厚度以及铺层角度作为设计变量,构建设计变量与结构性能指标之间的近似模型,结合NSGA-II算法和蒙特卡洛法对碳纤维复合材料横梁进行可靠性优化,确定轻量化设计方案。结果表明:相较于钢质横梁,碳纤维复合材料横梁在保证较高可靠性的前提下,性能满足设计要求,且达到轻量化的目标。