碳纤维织物增强复合材料具有高比刚度、高比强度、高损伤容限、良好的抗冲击性能以及灵活的可设计性,广泛应用于航空航天领域中承力结构部件。正确地分析及评价编织复合材料结构的力学性能是成功设计相关结构部件的关键。编织复合材料结构的力学行为强烈依赖于复杂的内部微细观结构及材料性能等诸多因素,尤其当宏观编织结构呈现扭曲等复杂结构形态时,如发动机叶片,其宏观的非线性与内部复杂的织物结构相关。基于唯象的实验方法是获取材料力学性能的直接手段,而数值模拟方法是揭示宏观结构在受外部载荷时内部损伤破坏过程的有效途径。本文发展了基于快速傅里叶变换（FFT）的复合材料性能分析方法,构建了高效的微细宏观多尺度数值仿真方法,分析了编织复合材料异形结构的宏观力学行为、有效性能及微细观损伤失效机理,并通过了实验验证。首先,本文从单胞模型、多尺度数值分析方法、不确定性量化及传递和复合材料异形结构力学性能研究等方面详细综述和分析了国内外编织复合材料力学性能分析方法的研究现状,形成发展高效且精确的多尺度计算框架研究编织复合材料扭曲异形结构的力学响应的基本思路。然后,发展了一种基于FFT的数值模拟方法,结合损伤失效模型,能够快速反馈微细观尺度周期性单胞模型的力学响应,正确揭示了结构内部的损伤失效机理。考虑到FFT方法在不同组分材料界面处存在明显的应力震荡,进一步提出了像素重构技术结合层合板理论优化应力、应变场的质量,保证了该数值方法的精确性。其次,从微观尺度出发,构建了纤维随机分布的单向复合材料周期性单胞模型,重点考虑了纤维界面相性能沿厚度方向指数变化以及单向纤维的纵向压缩失稳。利用所建立的非线性FFT数值模拟方法分析了复合材料在微观尺度的力学性能,为细观尺度编织复合材料纱线的力学性能提供了合理的信息输入。将各向异性损伤演化模型引入FFT算法中,进而对在不同载荷作用下的编织复合材料进行损伤失效分析。再次,针对编织复合材料异形结构,设计了不同扭曲角度试件及夹具,开展了悬臂梁实验,探究了不同扭曲角度试件的力学响应及失效机制。由于宏观结构扭曲变异,造成了内部织物结构存在随机不确定性,利用Micro-CT无损检测技术统计内部纱线几何特征信息,建立了多元高斯模型,对不确定性信息进行了量化,建立了高保真细观单胞模型。最后,将微细观尺度基于FFT的计算模型与宏观尺度有限元模型结合,形成了耦合FE-FFT的一致多尺度计算方法。其中,宏观结构采用有限元网格,单元积分点响应通过细观周期性单胞的分析结果更新。利用该方法探究了3D编织复合材料梁结构在三点弯曲载荷下的力学行为,通过与文献实验结果及其他数值方法对比,验证了所提出的多尺度数值模拟的可靠性与高效性。进一步将不确定性量化模型嵌入到耦合FE-FFT的一致多尺度计算方法中,在宏-细-微观各尺度内进行不确定性量化,并在不同尺度间进行传递,揭示了编织复合材料扭曲异形结构在悬臂梁载荷条件下的损伤失效机理。本论文研究方法同样适用于其他类型的编织复合材料异形结构,为编织复合材料在实际工程部件中的应用提供了可靠的理论依据。