三维编织复合材料是使用织机(例如环编机)将纤维编织成整体织物,再用成型工艺将纤维与基体(树脂、金属等)结合的纺织材料,与层压复合材料相比,它克服了层间强度低、受力后易分层的缺点,因其比强度高、比刚度好等优点,在航天、军事领域及民用领域的使用比较多。然而,复合材料纤维束因其结构复杂,本文旨在研究三维编织复合材料圆管的轴向压缩及三点压弯的力学性能,探讨不同组合双层编织角对二者的影响。通过全尺寸宏观结构模型有限元分析方法预测试件轴向压缩及三点压弯力学性能、破坏过程、应力分布及传播,研究其失效机理。本论文的主要内容:(1)仿真部分。根据纤维编织的螺旋线轨迹与CT扫描得到的纤维截面对编织纤维进行真实化的三维建模,选定纤维为正交各向异性材料,树脂基体为各向同性材料,在编织纤维上进行方向定义,在纤维方向和纤维径向建立局部坐标,通过单胞模型预测复合材料的基本力学参数,将其应用于宏观结构模型,进行分析,探讨不同组合双层编织角复合材料的变形过程及应力分布。(2)实验部分。首先在环编机的显示屏输入不同的抽取速度以获得相应角度的编织纤维,两层纤维编织角度不同时,编织会产生一个过渡,导致同一层的编织角度不一致,因此在芯轴的端部加上一段过渡芯轴。然后采用VARTM成型工艺将编织纤维和树脂基体进行固化,管件成型后使用美国ASTM推荐的标准对管件进行切割,最后对管件进行了准静态轴向压溃和三点压弯实验,实验阶段用手机对管件的力学过程进行记录。(3)对比分析有限元模拟结果和实验结果,包括对比两者的载荷-位移曲线和破坏过程及形态,从而验证宏观结构有限元分析的有效性。本论文的主要结论:(1)轴向压溃。五种编织角度组合的复合材料管件压溃过程的载荷-位移曲线趋势比较接近,都是先近似地呈线性上升,材料开始失效时,急剧下降,当材料彻底破坏时曲线趋于平缓。压溃过程中,材料端部产生应力集中现象,材料发生局部破坏,纤维所受应力比树脂大,纤维承受主要载荷,树脂的作用是将纤维黏连成整体,保护纤维,传递应力。外层纤维的最大应力大于内层纤维最大应力,外层纤维承受主要载荷。编织角度不同,材料的抗压性能不同,其规律是,较小的编织角度能承受较大的载荷,但是其材料失效过程比较迅速,载荷下降幅度较大,后期承受的载荷较小。(2)三点压弯。五种编织角度组合的复合材料管件压弯过程的载荷-位移曲线规律都是先近似地呈线性上升趋势,材料开始失效时,载荷缓慢的下降,失效后期,载荷趋于平缓或下降。同样的,压弯过程中,应力集中现象产生在试样与压头接触部分,外层纤维承受主要载荷。较小的编织角度的弯曲强度、弯曲模量都比较大,抗弯性能比较好。(3)仿真分析结果与实验分析结果比较接近,说明通过仿真分析方法预测编织角度对复合材料力学性能的影响比较经济有效。