随着电动汽车的快速发展,电动汽车的续航里程以及电池包的安全性问题逐步成为人们关注的焦点,而提升电动汽车的轻量化水平和耐撞性是解决上述问题的关键。汽车的前纵梁作为汽车重要的吸能和传力部件在汽车碰撞安全领域起着至关重要的作用,也是CAE工程师研究的热点。因此,由于变厚度板(Variablethickness Rolled Blanks,VRB)显著的优点被广泛应用到前纵梁轻量化及碰撞安全性设计中。目前VRB前纵梁的研究主要以线性厚度分布的VRB板为主,但由于线性厚度分布的VRB板过渡形式单一,优化空间有限。本文提出了双幂函数型VRB结构,并开展了一系列研究。(1)基于单向拉伸试验的等应力原则,设计了一种适用于力学性能测试的等截面VRB板试样,结合DIC技术准确获取不同厚度下VRB板材的应力应变曲线;接着,利用拉格朗日插值函数构建了VRB板任意厚度下的有效应力-有效应变场;最后,开展了变厚度板的硬度实验,研究VRB板厚度变化对板材硬度的影响。(2)提出了一种双幂函数型VRB板材,建立双幂函数型VRB板过渡区的数学模型;基于可轧制的几何约束条件,建立了双幂函数型VRB板材的可轧制约束模型;分析了幂指数极限值的影响参数及其变化规律,在可轧制约束条件下研究了幂指数与双幂函数型VRB板的静态刚度特性规律,并且在等质量条件下对比了等厚度板、线性厚度分布以及多项式厚度分布形式的变厚度板的静态刚度特性,其中双幂函数型VRB板静态刚度性能较好;最后,建立了轧机轧制速度的数学模型,分析了双幂函数的形状对轧机速度的影响。(3)提出了VRB前纵梁的功能区域划分原则;基于VRB前纵梁划分的功能域,建立了一种双幂函数型的变厚度双帽型薄壁结构(简称“VRB-DH”)统一厚度分布形式的显式参数化模型;基于两种不同建模方式分别建立VRB-DH的有限元模型,并结合落锤冲击试验验证VRB-DH结构的碰撞仿真精度;基于高精度参数化模型研究了不同厚度分布参数及其组合对VRB-DH结构的变形模式、碰撞载荷曲线、吸能指标的影响规律,并对每个参数的灵敏度进行了分析,其中厚度参数和过渡区位置影响较大。(4)基于ToPDE算法构建了高精度VRB-DH结构的多项式响应面代理模型;以VRB-DH结构为研究对象,以总吸能和峰值力作为优化目标建立了VRBDH结构的多目标优化方程,利用NSGA-Ⅱ算法获得VRB-DH结构最优的厚度分布形式;同时与等厚度薄壁结构和不同类型的VRB-DH结构进行了对比,验证了双幂函数型VRB-DH结构在耐撞性设计方面的优越性。