与传统的铺层复合材料相比，三维机织复合材料中缝经纱的加入使得其具有明显的整体性和抗冲击性能。先进的机织工艺的发展使得预制体的织造更加快捷，液体模塑成型技术可以实现复杂、大尺寸结构件的净尺寸成型。上述优势使得三维机织复合材料正逐步被学界和工业界认可，在航空、航天、交通等领域有着广阔的应用空间。本文通过查阅复合材料损伤演化研究的相关文献，从试验和仿真方法两个方面总结了当前复合材料损伤机理研究及力学性能预测方法研究的现状。发现，当前针对三维机织复合材料面内损伤演化研究已经取得了非常丰硕的成果。但是由于复杂的失效机理和现有试验方法的限制其在面外载荷作用下的损伤演化机理和力学性能仿真方法的研究还十分不完善，这阻碍了织物结构的优化设计和工业推广。本文将三维机织复合材料作为研究对象，深入研究其在面外载荷下的损伤演化过程、失效机理及力学性能预测方法。主要工作如下：
　　提出用于面外载荷作用下三维机织复合材料准静态损伤演化研究的原位试验方法，材料内部的损伤演化过程被同步辐射CT连续、原位的记录。采用该方法，开展了三维机织复合材料在面外拉伸和剪切载荷下的损伤机理研究。通过对结果分析发现了三维机织复合材料在面外拉伸载荷作用下的“三阶段”损伤规律及各阶段的主要失效模式。通过开展面外原位剪切试验，发现了在面外剪切载荷作用下，三维机织复合材料内部的典型失效模式。并依据上述发现讨论了缝经纱编织角对三维机织复合材料面外强度的影响。
　　将同步辐射CT的应用拓展到三维机织复合材料疲劳损伤研究领域。结合同步辐射CT和高速相机，提出了一种研究在面外拉-拉疲劳载荷作用下三维机织复合材料损伤演化机理的新方法。应用该方法研究了三维机织复合材料在拉-拉疲劳载荷作用下的宏、细观损伤机理。发现了面外拉-拉疲劳载荷作用下三维机织复合材料“三阶段”的刚度退化规律。并依此提出了基于少数试验结果的三维机织复合材料面外拉-拉疲劳寿命经验公式。
　　准确的纤维束弹性参数是开展三维机织复合材料弹性力学性能预报的基础和关键。本文对比了传统Chamis方程预测结果与基于随机纤维分布模型的有限单元方法预测结果，发现传统的Chamis方程在预测部分纤维束弹性参数时存在较大误差。而后，通过在Chamis方程中引入纤维体积份数修正指数的方法提出一种新的单向复合材料弹性参数预报方法，并在碳纤维和玻璃纤维单向复合材料弹性性能预报中加以验证。
　　针对传统的随机纤维分布算法迭代计算量大、难于生成高纤维体积份数随机纤维分布模型的难题，提出基于蜜蜂归巢原理的单向复合材料随机纤维分布的新算法。该算法可以通过有限的迭代计算量生成较高体积份数的随机纤维分布模型。而后，采用渐进损伤方法验证了该算法生成模型在预测单向复合材料横向模量和强度方面的准确性。此外，对比讨论了采用不同纤维分布模型获得的材料横向力学性能预测结果的载荷方向依赖性。
　　以上述研究成果为基础，提出基于同步辐射CT细观结构重构的三维机织复合材料面外拉伸渐进损伤演化模型。在该模型中采用三维Hashin准则作为纤维束的损伤触发准则，Von Mises准则作为基体的损伤触发准则，指数损伤演化规律用来描述材料的损伤演化。应用内聚力模型模拟材料内部界面的损伤和演化过程。采用本文提出的纤维束弹性参数预报方法计算了织物内部纱线的等效弹性参数。而后，开展三维机织复合材料面外拉伸力学性能的预报研究。结果表明，该方法可以准确的模拟三维机织复合材料在面外拉伸载荷作用下的损伤失效行为。此外，讨论了界面参数对于三维机织复合材料面外拉伸强度的影响。
　　通过上述研究工作，本文系统的提出了开展面外载荷作用下三维机织复合材料损伤演化研究的试验方法和预测材料力学性能的仿真手段。并利用上述方法和手段对三维机织复合材料面外载荷作用下的失效机理进行了深入的研究。所提方法和相关研究成果为三维机织复合材料的损伤演化研究和仿真方法的建立提供了必要的研究基础。