碳/碳(C/C)复合材料具有低密度、热传导性好、耐摩擦及热膨胀系数低等优点,在航空航天和汽车工业中的应用相当普遍。预制体结构是决定C/C复合材料性能的重要因素,针刺预制体通过针刺工艺将XY平面内的纤维转移至Z向,形成一种独特的三维结构,由针刺预制体增强的C/C复合材料,克服了碳布铺层C/C复合材料易分层的缺点,弥补了多维编织C/C复合材料制备工艺复杂、致密化工艺效率低的不足,得到了越来越多的应用和重视。本文制作了针刺C/C复合材料力学性能试件,测试了针刺C/C复合材料的拉伸、压缩和弯曲性能。考虑针刺C/C复合材料的细观几何结构,依据复合材料细观结构具有周期性的假设,分别建立了针刺位置随机分布和规则均匀分布的代表性体积单元模型,利用有限元计算细观力学求解出了两种模型的有效弹性性能,并与试验值进行了比较。针刺C/C复合材料纵向拉伸强度主要由纵向纤维含量和纤维强度决定,只要已知纵向纤维含量强度就能对材料的拉伸强度进行初步预测。本文在计算针刺C/C复合材料纵向拉伸强度时,将其等效为单向复合材料,并建立了一种单向复合材料纵向拉伸强度计算模型。针刺工艺会对纤维造成损伤,因此需要对纤维含量和强度进行折减,本文制作了针刺预制体增强的树脂基复合材料,利用它的拉伸强度试验值反推出针刺损伤衰减系数。利用计算出的针刺损伤衰减系数预测了针刺C/C复合材料的拉伸强度,并与相同针刺预制体增强的C/C复合材料纵向拉伸强度试验值进行了对比,误差为4.68%。以针刺C/C复合材料的拉伸和压缩试验研究为基础,对针刺C/C复合材料的弯曲性能进行了研究。首先引入统计强度理论,假设针刺C/C复合材料的强度服从Weibull分布,研究了弯曲强度与拉伸强度间的关系,推导了弯曲强度与拉伸强度间的比例系数,并与试验结果进行了对比。接下来利用Abaqus有限元软件模拟了针刺C/C复合材料三点弯曲受力状态,得到了与试验结果吻合的载荷-位移曲线。最后建立了火箭发动机喷管的有限元模型,以针刺C/C复合材料为例,对火箭喷管进行了热力耦合分析,得到了温度场和应力场分布,并对其受热状态下的结构强度进行了校核。