轻质薄壁梁具有优异的力学和能量吸收性能,它们被广泛地运用于各类运载工具中,作为能量吸收器吸收碰撞事故中的冲击动能,以保障人员和设备的安全。薄壁梁的横向弯曲是最重要的能量耗散机制之一,然而目前的理论研究主要集中在纯弯曲方面,不能反映和预测实际工况下薄壁梁的弯曲力学行为和响应。本文旨在对三点弯曲条件下金属薄壁梁的横向弯曲及能量吸收特性进行研究,为其变形机理分析和弯曲响应预测提供理论方法,同时为碳纤维增强（CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic）薄壁梁的工程应用提供技术支撑。本文的主要研究工作如下:第一部分定义了薄壁梁横向弯曲的三种变形模式:弯曲坍塌、局部凹陷和弯曲凹陷模式,并且对弯曲坍塌模式下的能量耗散机制进行了研究。基于实验和数值模拟研究了金属矩形薄壁梁的三点弯曲过程,分析了结构的变形特征和载荷响应（接触力或中截面弯矩）。采用数值模拟方法分析了结构参数对矩形薄壁梁弯曲坍塌模式的影响,并且对比了薄壁梁三点弯曲和纯弯曲行为的区别。最后基于实验和数值结果,对Kecman纯弯曲理论模型进行修正,提出了预测矩形薄壁梁弯曲坍塌模式下载荷响应的理论方法。第二部分主要研究薄壁梁的局部凹陷机制。开展了矩形薄壁梁的局部凹陷实验,分析了结构的变形和载荷响应;采用数值方法模拟实验过程,研究了不同参数对载荷响应的影响。基于实验中结构的变形特征,提出了矩形薄壁梁局部凹陷模式下能量耗散机制的理论分析模型;采用量纲分析法确定理论模型中移动塑性铰线的滚动半径,给出了薄壁梁局部凹陷过程载荷响应的理论公式。最后,采用实验和数值模拟对理论公式进行了验证。第三部分主要研究薄壁梁的弯曲凹陷机制,分析了矩形薄壁梁在同时发生弯曲和显著凹陷变形过程中的载荷响应。首先,通过实验和数值模拟研究了矩形薄壁梁弯曲凹陷的变形特征和载荷响应,再深入探究不同几何参数对变形机制的影响。然后基于实验结果,提出了矩形薄壁梁弯曲凹陷变形模式的理论模型,并根据能量法和量纲分析法给出了载荷响应的理论预测公式。第四部分主要研究CFRP增强铝合金多胞管（Al/CFRP）的三点弯曲变形机制和能量吸收特性。通过准静态和动态三点弯曲实验研究了Al/CFRP多胞管的变形模式、载荷响应以及能量吸收特性。采用数值方法模拟实验过程,研究了不同结构参数对Al/CFRP管弯曲变形机制和耐撞性能的影响。研究结果表明:Al/CFRP管的变形模式由弯曲和凹陷阻抗的相对强弱决定;采用CFRP增强能够显著提高Al管的能量吸收能力和效率。Al壁厚、截面形状以及CFRP局部增强对Al/CFRP多胞管的弯曲响应有显著影响,而CFRP层数和冲击速度的影响相对较小。CFRP局部增强能够有效提高Al/CFRP管的能量吸收效率,而且Al/CFRP多胞管的耐撞性优于对应的单胞结构。第五部分对CFRP增强多胞管进行结构优化设计,进一步提高了Al/CFRP管的耐撞性能。通过实验和数值模拟研究了碳纤维缠绕角度以及CFRP厚度对结构变形模式和载荷响应的影响;采用序列响应面方法（SRSM:Sequential Response Surface Method）对Al/CFRP四胞管的耐撞性进行了优化。研究表明:碳纤维缠绕角度的变化会导致CFRP出现两种不同的失效模式;增加缠绕角度和CFRP层厚度能够显著提高Al/CFRP管的耐撞性。优化结果表明:CFRP层较厚且缠绕角度较大的Al/CFRP管具有较高的能量吸收效率,截面变厚度设计能够进一步提高Al/CFRP管的耐撞性。