三维编织复合材料是将古老的编织技术与现代复合材料成型技术有机地融于一体而形成的一种具有独特结构的复合材料，它从根本上克服了单向增强的复合材料层板易分层、开裂等缺点，具有比强度高、比刚度高、优良的抗冲击损伤性能、抗疲劳断裂性能、耐烧蚀性能、结构整体性和可设计性等，因此倍受工程界的普遍关注，在航空、航天、国防、体育用品和生物医疗等领域得到了广泛应用。为了更好地开发和利用三维编织复合材料，国内外研究者在近20余年中对三维编织复合材料的细微观结构与宏观力学性能之间的关系进行了大量的研究和探索，取得了许多突出成就，并逐渐发展成力学领域的一个热门研究方向。本文综述和分析了三维编织复合材料的国内外研究现状，针对三维四向碳/环氧编织复合材料，从细观结构几何模型、刚度和强度预报、热物理性能以及热力耦合行为四个方面进行了理论计算和数值分析。由于三维四向编织复合材料内部空间纤维束的相互挤压和扭结，将造成纤维束弯曲和截面形状变化，本文对现有的米字型单胞模型进行了改进，用空间抛物线来模拟单胞内纤维束路径，建立了三维四向编织复合材料螺旋型单胞几何模型。螺旋型单胞几何模型避免了内部空间纤维束在单胞中心的交叉，能够更加精确地反映三维四向编织复合材料内部的细观结构。该几何模型虽然以三维四向编织复合材料为对象，但所得结果具有普遍意义，研究方法可以推广到三维多向编织复合材料，为三维多向编织复合材料力学性能分析与材料优化设计提供参考。基于螺旋型单胞几何模型，本文对三维四向碳/环氧编织复合材料的刚度和强度进行了数值预报与理论计算。应用多相有限元法，把单胞模型划分为三种子单胞，结合高斯积分法对三维四向碳/环氧编织复合材料的有效工程弹性常数进行了数值预报；对三维四向编织复合材料单胞内的应力场分布和单向拉伸应力应变关系曲线进行了数值模拟；分别采用蔡-吴准则和米赛斯准则数值预报了三维四向编织复合材料的强度，研究了三维编织复合材料拉伸损伤机理；基于螺旋型单胞几何模型，对三维四向碳/环氧编织复合材料的有效工程弹性常数和强度进行了理论推导，并将理论推导结果与相应的数值预报进行了对比分析。为了研究三维四向编织复合材料的热机械性能，本文基于螺旋型单胞几何模型，推导了三维四向编织复合材料热弹性问题的稳态热分析有限元方程，建立了三维四向编织复合材料热物理性能分析的力学模型，数值预报了等效热传导系数和热膨胀系数，并讨论了编织角度、纤维体积含量等因素对三维四向编织复合材料热物理性能的影响。结合热传导问题的有限元理论，对三维四向编织复合材料进行了稳态热传导分析，数值预报了第一类边界条件（已知边界温度）和第二类边界条件（已知边界热流）的三维四向编织复合材料的温度场分布。在稳态热传导分析的基础上，建立了三维四向编织复合材料热力耦合行为分析的有限元方法。通过对三维四向编织复合材料单胞模型施加相同的机械载荷与不同的热载荷条件（稳态温度场、已知边界温度和已知边界热流），对三维四向编织复合材料在热力耦合作用下的强度进行预报，讨论了编织角度、纤维体积含量等因素对三维四向编织复合材料热力耦合强度的影响。