在汽车造成的环境污染越来越严重的今天,汽车的轻量化变得日益重要。随着具备优良性能的碳纤维增强复合材料(CFRP)被广泛应用于汽车,以及作为汽车前端重要构件,CFRP防撞梁需要进一步研究。然而碳纤维材料的各向异性与碰撞过程带来的高度非线性、碳纤维铺层优化耦合以及铺层工艺约束等问题给碳纤维防撞梁优化设计过程带来了巨大的挑战。为解决上述问题,本文提出了一种考虑铺层相容性的碳纤维防撞梁结构设计方法解决了铺层优化和工艺约束问题。同时提出了一种新型多目标粒子群优化算法,提高了碳纤维防撞梁优化效率,降低了误差。论文建立了原有钢制防撞梁有限元分析模型,对其进行低速及高速碰撞仿真分析,并通过高速碰撞试验验证了有限元仿真模型的准确性。采用正交试验优化设计方法,找到最优CFRP防撞梁截面参数组合,完成防撞梁截面优化设计,并在此截面的基础上,进行碳纤维铺层厚度的单因素分析,以此确定铺层厚度的可优化空间。论文提出了一种考虑铺层相容性的CFRP保险杠防撞梁结构优化设计方法,对不同厚度下的铺层顺序进行优化,使不同厚度下铺层顺序尽可能多的共享铺层,实现了考虑碳纤维铺层工艺约束的CFRP防撞梁铺层顺序、铺层厚度同步优化。考虑到碳纤维铺层优化问题以及防撞梁碰撞过程的高度非线性,提出了一种基于Kriging模型加点策略的多目标粒子群优化算法(KMOPSO),以质量和峰值力最小、吸能量最大为目标,入侵量为约束条件,对碳纤维防撞梁进行铺层厚度多目标优化,取得了CFRP防撞梁多目标优化过程高效且优化结果误差低质量减重47.26%的显著效果。最后,对防撞梁进行模压工艺仿真并确定模压成型压力,采用模压工艺完成了CFRP保险杠防撞梁的样件试制,并进行了静态三点弯曲试验、低速碰撞台车试验,结果表明优化结果与试验结果趋于一致,优化结果正确可靠。