本课题主要针对环氧树脂基碳纤维复合材料失效破坏形式建立分析模型，并通过对层合板典型试验进行模拟，验证仿真模型的准确性。同时，在仿真模型的基础上，设计环氧树脂基碳纤维复合材料防撞模块，并在模拟分析的基础上进行试验。本文主要研究的内容如下： 

（1）使用ANSYS／LS—DYNA基于环氧树脂基碳纤维复合材料的各项异性和失效形式建立有效的非线性有限元分析模型。 

（2）对现有环氧树脂基碳纤维复合材料层合板三点弯曲试验、连接件的垂向剪切测试、单耳双耳切向剪切测试等典型试验进行模拟，并通过和实际试验对比，验证仿真模型的准确性，对分析模型进行修正。

（3）设计环氧树脂基碳纤维复合材料防撞模块，比较多种环氧树脂基碳纤维复合材料缓冲模块吸能特性，模拟准静态压缩试验和动态落锤试验，并针对吸能特性和轻量化做结构优化。 

（4）进行环氧树脂基碳纤维复合材料防撞模块准静态压缩试验、动态落锤试验，验证分析结果。

本课题通过使用ANSYS／LS-DYNA建立复合材料破坏有限元仿真模型，对比分析不同因素对复合材料缓冲吸能特性的影响，并通过设计环氧树脂基碳纤维复合材料防撞模块，模拟动态落锤试验，对分析结果进行应用。并针对吸能特性和轻量化对吸能模块结构优化，减少设计、试制过程中消耗浪费，缩短开发时间。

本文针对FSAE大学生方程式大赛设计缓冲吸能模块，以期满足使用需求。主要使用ANSYS/LS-DYNA软件利用有限元数值解算的方式进行设计工作，得出以下结论：

（1）从材料学方面探讨了复合材料破坏吸能的几种模式的理论和数学模型，并利用ANSYS/LS-DYNA软件，提出使用Shell163单元，材料MaterialMedel54，自行编写材料卡片MAT_ENHANCED _COMPOSITE_DAMAGE，使用数值方法模拟复合材料破坏吸能的理论和数学方程的方法模拟复合材料破坏吸能的过程，为下一章复合材料元件缓冲吸能性能的影响因素的分析建立理论基础。

（2）使用ANSYS/LS-DYNA建立了基于标准试件的复合材料缓冲吸能有限元分析模型。

（3）使用基于标准试件的复合材料缓冲吸能有限元分析模型，对材料、铺层方向、引发形式对复合材料缓冲吸能特性的影响进行了探讨。结论如下：

1.碳纤维环氧树脂复合材料由于自身的强度和模量均高于玻璃纤维环氧树脂复合材料，所以在压溃时峰值加速度和平均加速度均高于玻璃纤维环氧树脂复合材料。

2. 在选取[±15°][±45°][±75°]进行对比分析时，发现[±15°][±45°][±75°]三种纤维缠绕方式分别对应层束弯曲破坏、崩溃式断裂以及持续稳态破坏三种现象。其中[±75°]表现出的持续稳态破坏材料利用率最高，吸能效果最好。

3. 对原模型、圆角处理后模型、局部减少铺层处理模型3组试件的数据进行对比。与标准件相比，增加引导方式在极大地降低了载荷初始峰值，同时又基本不损害吸能的效果。

（4）利用基于标准试件的复合材料缓冲吸能有限元分析结果，从结构、材料、铺层、引发结构四方面探讨了适合FSAE复合材料缓冲吸能模块的方案，初步设计FSAE复合材料缓冲吸能模块，并使用ANSYS/LS-DYNA对分析结果进行了验证，满足设计要求。