三维玄武岩纤维复合材料具有优异的力学性能、良好的环境适应性和低廉的价格,在航空航天、船舶、汽车等高新技术领域拥有替代碳纤维复合材料的潜力。然而纤维增强树脂基复合材料在制造过程中,由于各种因素影响,不可避免产生孔隙缺陷,这些孔隙尺寸达微米级别,人眼并不可见。初始孔隙缺陷的存在会对复合材料的力学性能产生很大影响。以往针对纤维复合材料的数值模拟研究中,并没有考虑初始孔隙缺陷的影响。近些年的文献中开始在仿真模型中考虑初始孔隙缺陷,但往往将孔隙均匀分布在模型中,并不符合孔隙缺陷随机分布的特征。这方面的研究多见于针对碳纤维复合材料,较少涉及玄武岩纤维复合材料。复合材料具有多尺度特性,多尺度模拟方法能够考虑微观损伤、演变对宏观材料性能和力学行为的影响,是复合材料响应分析的一种重要方法和手段。因此采用多尺度方法,从微观层面入手揭示宏观下材料的断裂失效模式。分别在微观、细观、宏观尺度建立含缺陷有限元模型,揭示缺陷的存在对材料力学性能和损伤失效机制的影响。本文借助显微CT扫描获得复合材料的微观组成,并从材料的微观与细观级别对材料的宏观力学行为进行了诠释,在多个尺度下对材料的损伤进行了预测。本文研究成果对于评估孔隙缺陷对三维玄武岩纤维复合材料力学性能的影响具有一定作用,进一步丰富了玄武岩纤维复合材料的研究。具体研究内容如下:（1）制备了树脂基三维玄武岩纤维复合材料,进行了相关宏观力学性能试验,包括拉伸、面内剪切和三点弯曲试验,获得基本力学性能参数及断裂位置、断裂方向和断裂强度等信息。进行显微CT扫描试验,获得了初始孔隙缺陷率。（2）在微观尺度下,建立了三维玄武岩纤维复合材料的微观几何缺陷模型和微观单元缺陷模型。对比分析了两种模型在预测细观模型中纤维束弹性性能的区别。结果发现:两者误差范围在1%-4%之间,可采用单元缺陷构建法近似几何缺陷构建法进行后续简化计算;对不同载荷工况下微观单胞的损伤情况进行分析。结果发现:在拉伸载荷下,基体的初始损伤会发生在有缺陷存在且几何过渡区域较大的位置处,接着损伤会向基体表面与加载方向平行的位置扩展;在面内剪切载荷下,基体的整体力学性能较为均匀,缺陷对基体损伤影响有限;在面外剪切载荷下,纤维和基体交汇界面会对纤维产生界面挤压,与基体相切的纤维界面会产生初始损伤,基体会在位移对角处发生完全损伤现象。（3）采用单元缺陷模型构建方法建立细观单胞缺陷有限元模型,对细观单胞进行等效宏观弹性模量的预测,量化初始孔隙缺陷率对宏观弹性模量的衰减情况。同时对不同载荷工况下细观单胞的损伤情况进行分析。结果显示:随着孔隙缺陷率的增加,弹性模量将逐渐衰减。当缺陷率从0%上升至5%时,剪切模量衰减为80%左右;拉伸弹性模量衰减为90%左右。在拉伸载荷下,损伤位置首先处于经纬纱与缝经纱线纤维交接处,最后会在在经纬纱线出现拉断现象;在面内剪切载荷下,基体会沿着经向方向约呈现45°断裂损伤;在面外剪切载荷下,损伤分布在纤维的交接处和基体的表面。（4）在宏观尺度下,采用多裂纹夹杂方式代替初始缺陷,建立含多裂纹夹杂的复合材料宏观模型,结合扩展有限元法实现对裂纹扩展的预测。施加拉伸、剪切和三点弯曲载荷,模拟最后断裂情况。结果显示:三种载荷下发生断裂的应力均在7%误差范围之内,仿真模型的断裂方向和试验样件断裂方向一致,但由于随机缺陷的存在,样件断裂的位置会在裂纹密度较大处发生断裂失效,扩展的方向会沿着裂纹的尖端向与应力加载的平行方向产生断裂现象。