相比于金属材料,轻质高强复合材料具有质轻、比强度及比模量高、容伤性能好等优点,具有良好的应用前景。立体机织复合材料具有良好的结构设计性、优越的机械性能、较高的性价比和很强的仿形能力。因此,立体机织复合材料作为一种结构材料受到广泛的关注,并已在航空、航天、生物医学工程以及汽车工业等领域得到了广泛的应用。管状结构件是复合材料结构件中十分重要的一部分,其力学性能也受到了学者们的普遍关注。使用三维机织成型方法获得的管状立体织物在组织厚度(径向)方向上也引入了增强纤维,因而管状立体织物不仅具有良好的面内性能,而且在厚度方向上的性能比传统的二维成型方法有很大的提高。为了更加有效的设计和使用立体管状机织复合材料,需对它们的真实细观结构和力学性能进行深入的研究。本课题的任务是对机织管状立体复合材料进行计算机仿真设计,并对其力学性能进行数值分析。通过细观力学的方法构造立体机织管状复合材料的细观力学模型,再用有限元方法预报其力学性能。主要研究内容如下：第一,对三维圆织织物采用长圆形纤维束截面假设,提出一种管状结构的单胞几何模型。将管状织物的扇形体单胞转化成相同体积的长方体单胞,计算织物的纤维体积分数。利用一组数值型参数来定量表征三维圆织织物的几何结构,预测其工程弹性常数表达式,为三维圆织组织这一新型的管状复合材料结构力学性能研究提供了参考依据。第二,对机织碳纤维圆管复合材料和机织碳纤维自行车进行有限元分析。分别在圆管不同的受力和边界条件下对其力学性能进行对比分析。分析3种不同的截面形状的车架在相同边界条件下对其应力及位移变化量的影响。对以后机织碳纤维圆管和自行车车架的设计和加工制造具有指导性的意义。