三维编织结构复合材料因其具有结构一体性好、抗分层性能优良、轻质高强及可设计性强等特点而被广泛用于各类工程结构件设计。三维编织复合材料常被用于各种工况,例如高/低温场。在高/低温环境场中,三维编织复合材料压缩行为不可避免受环境温度影响。本文旨在研究三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料准静态压缩温度效应,探讨结构参数(尤其是编织角)和温度对准静态压缩行为的影响。通过全尺寸细观结构模型有限元分析方法预测三维编织复合材料在高/低温场下准静态压缩性能、损伤过程及热力耦合性质,并揭示其细观结构机理。论文主要内容框架是:(1)实验研究高/低温场中三维编织复合材料和环氧树脂准静态压缩性能,获得应力-应变曲线、能量吸收和破坏形态。探讨编织角和温度对其准静态压缩性能影响。选用编织角包括:26°,35°和48°;选用温度包括:-100℃,-50℃,0℃,20℃(室温),80℃,110℃,140℃。(2)数值模拟三维编织复合材料压缩性质的温度效应:建立全尺寸细观结构有限元模型以揭示三维编织复合材料准静态压缩行为细观结构机理及失效机制。分别从应力分布、失效形态及失效过程三个方面探讨编织角和温度对其压缩行为影响。(3)压缩性质的热力耦合机制:通过细观模型有限元方法研究三维编织复合材料热应力及热膨胀行为,揭示其内在机制,并建立多单胞模型预测热膨胀系数与编织角关系。研究发现:(1)实验结果:编织角和温度对三维编织复合材料准静态压缩性能及其失效影响显著。压缩模量、屈服应力、失效应力及失效前吸收能与温度和编织角均呈负相关。相对于温度,编织角对三维编织复合材料力学性能影响更显著。随编织角增大,失效特征由脆性向韧性过渡,承载主体由纱线向树脂基体过渡。对于大编织角,失效以树脂开裂和界面脱粘为主;而对于小编织角,失效以树脂开裂和纱线断裂为主。树脂基体裂纹主要集中在纱线边缘与加载端面。编织纱断裂主要发生在面纱转折区域。低温导致损伤加重且脆性增强,而高温导致损伤减轻且韧性增强。(2)模型结果:界面性能和纤维屈曲对三维编织复合材料压缩性质影响显著,非理想界面纤维束模型可更有效预测三维编织复合材料压缩性质。温度和编织角对应力分布及失效机制影响显著。随编织角减小,三维编织复合材料基体应力分布均匀性减弱,而编织纱应力分布均匀性增强;温度变化导致应力分布不均匀性增强。随编织角减小,三维编织复合材料在轴向压缩过程中由基体失效占主导向纱线失效占主导转变;低温导致损伤加重,基体以脆性失效为主;而高温导致损伤减轻,基体以韧性失效为主。(3)热力耦合机制:温度变化一方面改变基体性质,另一方面导致组分间热变形不一致,形成热应力差异,在准静态条件下热力耦合形式可看作单方向顺序耦合。三维编织复合材料热力耦合具有显著结构效应。热应力略微影响三维编织复合材料压缩行为,且随编织角增大,热应力水平升高。界面热应力在高/低温场中差异显著。在高温场中,压缩状态界面热应力占主导;而在低温场中,拉伸状态界面热应力占主导。随编织角增大,其界面法向热应力增大。(4)热膨胀行为:三维编织复合材料轴向/横向热膨胀行为与编织角呈非线性关系。随编织角增大,其横向热膨胀系数总为正值,而其轴向热膨胀系数由负值向正值转变,且在某一编织角(39°)周围,其轴向热膨胀系数近似为零。通过数值分析发现:三维编织复合材料编织纱转动及各组分热力学性质是影响其热膨胀行为的重要内在机制。三维编织复合材料准静态压缩温度效应对于其工程应用是一个重要课题。本课题通过实验和有限元分析方法研究三维编织复合材料准静态压缩温度效应及其热力性质,揭示其细观结构机理,并建立多单胞模型以便于实际应用。该研究既可作为不同温度场中三维编织复合材料工程设计参考,也可进一步作为其它三维纺织结构复合材料工程设计依据。