金属薄壁结构以其轻质且高效的吸能特性而广泛应用于汽车的碰撞能量耗散系统中,对于车身薄壁结构的研究也一直是一个热点。然而,目前国内外很少有相关文献涉及到金属薄壁结构横截面沿中轴线方向的变化类型对结构耐撞性的影响。为此,本文提出了一系列横截面沿中轴线变化的功能梯度变截面薄壁结构,具体内容如下:(1)设计了变截面薄壁圆管结构,建立了与之对应的轴向碰撞有限元模型,通过实验和仿真结果验证该模型的有效性。基于该模型,研究了形状控制参数对变截面管耐撞性的影响,并与传统等直圆管和圆锥管进行了对比,结果表明变截面管在吸能和乘员保护方面具有明显的优势。然后以结构的比吸能和初始峰值力为优化目标,结构的形状参数为变量,对变截面管进行多目标优化,以此来提高结构的耐撞性能。(2)考虑到实际碰撞中车身吸能部件会承受斜向碰撞,而相比于轴向碰撞,斜向碰撞工况下对变截面管的设计要求会不同。因此本文研究了变截面管在多角度斜碰下的耐撞性,并与传统等直径圆管和圆锥管进行了对比,结果显示变截面管在吸能方面具有明显优势。此外,分析了多角度加载情况下变截面管在不同碰撞速度、不同梯度指数和碰撞压溃距离下的吸能特性。(3)将变截面设计思想引入S形梁,研究了变截面S形梁直径沿中轴线变化类型和形状参数对结构耐撞性的影响,结果表明两端直径差值越大且直径由小到大逐渐变化的S形梁,其吸能效果越好。在此基础上,对S形梁径向横截面形状通过函数进行渐进变化设计。结果显示:与变截面S形梁相比,横截面经过渐进变化设计的S形梁,其吸能效果更优异。