碳纤维三维编织复合材料克服了传统层合复合材料易分层破坏等致命缺陷,是综合现代材料和编织技术发展的新型复合材料。其可设计性能更强,具有高比刚度和比强度、良好的损伤容限、耐冲击和抗疲劳等优异的力学性能。因此在航空、航天、军事、交通和能源等工程领域得到了广泛的应用。本文研究了不同编织方式、编织角和尺寸的碳纤维三维编织复合材料的拉伸力学行为及其微结构破坏特征。同时,采用声发射(Acoustic Emission,AE)技术与数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法互补的测试系统,监测三维编织复合材料损伤演化过程中AE信号和表面变形场信息。通过断铅实验对AE信号进行模拟,探索复合材料在不同方向的AE传播与衰减特性。此外,利用聚类和统计分析方法对AE特征参数进行处理与分析。最后,借助显微断层扫描(Micro-computed Tomography,Micro-CT)技术,观察材料内部细观结构与损伤特性。得到的主要的结论如下:不同编织方式和编织角的三维编织复合材料的力学性能存在一定的差异。相比于三维四向编织复合材料,三维五向编织复合材料中轴向增强纱线的引入,提高了其轴向载荷承载能力和抵抗变形能力。同时,小编织角下的三维五向编织复合材料内部更加紧致的预制结构,使其在拉伸测试中承担了更高水平的载荷。三维编织复合材料具有各向异性的特征,因此复合材料沿编织方向的AE幅值衰减量明显低于编织垂直方向的衰减量,且断铅点与AE传感器的距离越远幅值衰减越大。此外,AE信号在三维编织复合材料中的传播与衰减特性,为拉伸试验中进一步的AE检测和研究工作提供了重要的参照。根据三维编织复合材料的AE幅值和撞击累积数等特征参数的动态变化情况,提取了损伤因子与AE特征之间的联系。此外,利用FCM算法可将三维编织复合材料在拉伸测试中的AE信号分为2类。其中,低频率的CLUS 1代表材料的表面微损伤和基体开裂,中高频率下的CLUS 2代表材料的纤维和基体脱粘以及纤维损伤。三维编织复合材料的损伤演化过程与相应的AE信号特征密切相关。同时,基于幅度谱、概率分布和概率熵的AE统计分析方法,可以很好地识别和评估三维编织复合材料不可逆的损伤状态与演化过程,为编织复合材料提供了失效判据。AE和DIC互补的无损检测(Non-destructive Testing,NDT)技术能够由内而外地监测三维编织复合材料的损伤演化过程,为碳纤维三维编织复合材料的安全评价和健康监测提供了重要的参考价值。同时,借助Micro-CT技术,能有效地获得三维编织复合材料内部任意层面上的微观结构信息和损伤特征,为编织复合材料体系损伤演化行为的深入研究提供了新思路。