四步法三维编织物中,所有纱线在空间中相互交织形成空间网状结构,具有极高的外形结构和力学性质可设计性,理论上可以织造出任意厚度、特殊截面甚至变截面异形件。该结构复合材料具有近净成形、整体结构稳定、抗分层、抗剪切性能优良等特点,在工程领域有极大应用潜力。任何结构件在使用过程中均会遭受疲劳损伤所造成的影响,为避免因疲劳破坏所产生的安全隐患,延长使用寿命,对四步法三维编织复合材料疲劳性能以及损伤演化的研究至关重要。本文在实验测试的基础上,通过单胞和细观两种尺度对四步法三维编织复合材料三点弯疲劳循环加载下的力学性能、结构效应以及损伤机理进行有限元分析。论文工作具体如下：1.测试四步法三维编织复合材料准静态三点弯曲强度、弯曲模量、载荷-挠度曲线以及损伤破坏性态,分析失效机理以及结构效应,并根据最大弯曲强度制定疲劳加载应力水平。在准静态实验中发现四步法三维编织复合材料表现出明显的抗弯刚性,破坏主要集中在整个材料的中部区域,主要为纱线与树脂脱粘,纤维发生抽拔和断裂破坏,无分层现象。2.在不同应力水平条件下对四步法三维编织复合材料进行三点弯循环加载测试,根据载荷-挠度曲线和刚度退化曲线,分析渐进破坏过程所对应的疲劳力学响应与损伤机理。通过实验发现疲劳寿命与应力水平之间成反比关系,不同应力水平条件下的载荷-挠度曲线和刚度退化曲线均会出现明显的“三阶段”形态。3.在四步法编织工艺以及纱线空间形态基础上,将四步法三维编织复合材料划分出三个基本循环单元(内单胞、面单胞和角单胞),根据试件纱线排列以及编织角分别计算出三个基本循环单元所占体积比、内部纤维填充系数、纱线体积含量以及刚度矩阵,用于建立三单胞几何模型以及材料模型。通过计算发现内单胞所占体积比例很高,外层单胞在加载时会提供很大程度的抗弯性能。4.利用三单胞模型对准静态加载下四步法三维编织复合材料力学性能进行有限元分析,计算三种基本循环单元在弯曲载荷下的承载情况,分析准静态加载下四步法三维编织复合材料的损伤机理。通过对比发现,三单胞模型的弯曲模量与实验结果更为接近,可以准确计算出四步法三维编织复合材料准静态加载下的弯曲性能。5.根据弯曲损伤刚度公式推导并建立四步法三维编织复合材料疲劳载荷下的刚度以及强度退化模型,利用Fortran语言将三单胞本构关系、刚度退化模型、Hashin三维失效准则以及等寿命公式编写入有限元用户材料子程序UMAT,对四步法三维编织复合材料三种应力水平(80%,70%和60%)下的疲劳性能进行有限元分析,预测三种应力水平下的疲劳寿命,通过应力应变集中区域以及损失破坏形态与扩展过程进一步探讨“三阶段”疲劳损伤机制。结果表明应力集中区域主要位于整个平板中部以及受约束的下表面两端区域,与应力水平关系不大,整个加载过程应力变化很小,但应变变化很大,变化主要发生在疲劳加载的中后期,刚度降解与挠度变化呈现出“三阶段”形式,说明材料失效模式与加载周期密切相关。6.分别建立小尺寸和全尺寸四步法三维编织复合材料细观尺度模型,考虑纱线中树脂浸润情况重新计算纱线材料属性并根据纱线方向赋予到模型中。对小尺寸细观模型用位移控制三点弯疲劳循环加载,分析四步法三维编织复合材料内部纱线与树脂承载情况、纱线与树脂间界面脱粘以及两者破坏形态,分析结构效应对疲劳性能的影响。从应力分布云图发现纱线与树脂应力集中区域接近,破坏主要发生在加载中部区域和支持辊所在的约束区域,两种材料间界面裂纹主要由应力差异所造成,裂纹扩展方向会受到纱线损伤情况的影响：7.按照80%应力水平加载条件对全尺寸细观模型进行有限元分析,获取整个材料疲劳加载过程中能量转化与应力分布情况,对比实验破坏形态,进一步揭示结构效应对整个复合材料力学性能退化的影响。研究发现四步法三维编织复合材料会形成特有的三角形应力集中区,该区域形态与编织角,材料厚度以及纱线形态相关。受载方式不同与表面编织角也会造成整个材料破坏形态存在差异。本文针对四步法三维编织复合材料的三点弯疲劳性能进行研究,通过单胞尺度模型对疲劳寿命进行有效预测,利用细观尺度模型深入分析结构效应对材料退化的影响,并与实验结果相印证,该方法可以进一步应用到其他结构复合材料中,为提高复合材料抗疲劳性能、优化疲劳寿命提供可靠的依据与方法。