汽车被动安全一直是国内外研究的热点，且其安全性能的优劣很大程度取决于汽车外部保护部件——保险杠系统的碰撞性能。本文主要对汽车保险杠部位的碰撞吸能装置进行研究：在总结分析了国内外相关研究发展状况的基础上，以复合材料应用为出发点，通过LS-DYNA和VPG等有限元软件的碰撞仿真试验分析，最终设计出了具有高效吸能、质量轻，能大幅度增加汽车被动安全性能的复合材料碰撞吸能装置。本文的主要内容包括：一.总结评述了国内外汽车碰撞吸能装置的发展过程，分析了传统碰撞吸能装置的应用位置及其材料变迁史等。另外，针对碰撞特性、吸能特性和轻量化方面，讨论了传统碰撞吸能装置产品的不足，并提出了新材料——碳纤维复合材料的应用设计。二.研究学习了复合材料力学及其结构设计的相关理论基础，并综述了复合材料有限元方法的技术应用及其碰撞相关理论，为之后复合材料碰撞吸能装置的设计、优化和验证提供理论基础和方法路线。三.对复合材料层合板结构的碰撞性能进行了研究。首先分析了复合材料层合板结构的有限元方法，然后利用有限元技术，分别通过低速和高速下的碰撞仿真试验，对比了普通结构钢、高强度钢、铝合金和复合材料四种材料的碰撞性能，验证比吸能、碰撞力峰值及塑性变形位移等性能，证明了复合材料应用于碰撞吸能装置的优异性。另外，还分析了不同截面形状对复合材料结构性能的影响，为后续的复合材料设计提供参考。四.对某款钢结构的碰撞吸能装置进行碰撞仿真。得到了传统钢结构碰撞吸能装置在碰撞时的初始碰撞力峰值、压溃位移、总吸能和比吸能等性能参数，为复合材料的替代设计提供计算数据。五.复合材料碰撞吸能装置的设计及其优化。依据复合材料结构设计一般原则及之上的仿真试验结论，结合实际产品，初步设计出复合材料的碰撞吸能装置，然后利用碰撞仿真试验核算其性能参数，对其进行了优化工作。最终优化结果表明，在保证其刚度及碰撞性能的需求下，复合材料碰撞吸能装置为原钢结构质量的36.98%，吸能增加15.05%，比吸能约是传统钢结构部件的3倍。六．复合材料碰撞吸能装置在整车碰撞仿真中的验证分析。依据我国C-NCAP碰撞安全性能测试标准，对装配有本文设计优化后的碰撞吸能装置的整车进行了碰撞仿真，得到了该车发动机相对位移、B柱纵向加速度和保险杠变形及吸能的特征参数。结果表明，对比原钢结构，复合材料碰撞吸能装置在整车碰撞时，可以使得发动机向后的相对位移减少1.77%，B柱纵向加速度减缓60.14%，保险杠系统吸能增加12.03%，有效提高了汽车的被动安全性能。