● 摘要
三维编织复合材料作为一种新型的增强型纤维复合材料，克服了传统层合式复合材料的诸多缺点。利用三维编织技术可设计性强的特点，根据工程需求将工件一次性编织成型为预成型件，再将其与基体材料复合成型，加工为具有高强度、抗冲击、耐腐蚀等特点的成品。这一技术广泛应用在航空航天、交通运输、体育器械和土木工程等军民用领域，特别是在结构重量有严格限制时表现出了独特的优势，因此愈发受到人们的青睐。随着当代信息科学与计算机技术的飞快进步，有限元计算理论和方法也随之大步发展，在复合材料力学研究领域得到了相当普遍的推广和应用。本着对材料结构进行优化设计的目的，兼顾时间成本和经济性，将纤维束细度对三维全五向编织复合材料力学性能影响的细观分析和宏观研究相结合，在学术研究和工程应用上均具有一定的意义和价值。
本文首先介绍了三维编织复合材料的研究背景，概述了三维全五向编织工艺，建立并分析了三维全五向编织复合材料的单胞细观几何模型，推导计算预成型件的平均纤维体积分数。同时将刚度均匀化方法运用到数值计算和有限元理论方法中，推导出多组编织角下不同纤维束细度的三维全五向编织复合材料弹性性能的变化趋势。进一步通过控制变量法对材料进行了拉伸、压缩和弯曲试验研究。最后将数值计算、有限元分析和试验结果中材料主要力学性能数据变化趋势进行了对比，分析了纤维束细度对三维全五向编织复合材料弹性性能带来的影响。