三维编织复合材料是整体网状编织复合结构,可以克服传统层合板复合材料层间强度低、易分层等缺陷,还具有高比强度、耐腐蚀性、高损伤容限以及良好的抗冲击等特性,在航空航天领域具有很好的应用前景。三维编织复合材料风扇叶片在服役期间暴露在循环交变湿热环境下,其力学性能与抗冲击性能均会发生变化,进而影响风扇叶片在服役过程中的可靠性,因此评估和预测三维编织碳纤维复合材料受到湿热循环作用后的抗外物损伤能力对保障航空发动机在服役期间的安全性具有重要意义。本文以循环湿热作用后的碳纤维树脂基三维编织复合材料为研究对象开展了以下四方面的研究工作:(1)针对三维编织复合材料开展了循环湿热老化试验,得到其吸湿曲线并分析其吸湿机理,采用电子扫描显微镜对不同循环湿热老化天数后的试样内部进行了观察,讨论了循环湿热老化时间对三维编织复合材料内部组分材料的影响。试验研究表明:三维编织复合材料在循环湿热老化280天内并未达到饱和吸湿率,吸湿曲线符合Fick定律;三维编织复合材料内部损伤面积随着循环湿热老化时间增加而增加,内部形貌变化经历树脂吸湿溶胀开裂、开裂面积扩大、纤维/树脂界面脱粘形成裂纹、裂纹数量增多并持续扩展等四个历程。(2)针对不同循环湿热老化天数下的三维编织复合材料开展了准静态拉伸试验,试验结果表明:三维编织复合材料在循环湿热老化210天内,材料应力应变曲线呈线性变化,在循环湿热老化280天时,材料应力应变曲线呈现明显的双线性变化;三维编织复合材料弹性模量在循环湿热老化至140天时逐渐下降,最大下降15.2%,之后随循环湿热老化时间增加,其弹性模量略有反弹;失效应变在循环湿热280天内持续上升;泊松比在循环湿热老化前期明显下降,后期恢复,并超过未湿热老化下三维编织复合材料的泊松比。(3)针对不同循环湿热老化天数下的三维编织复合材料开展了不同应变率下的霍普金森压杆试验,分析循环湿热老化对三维编织复合材料动态力学性能的影响。试验结果表明:三维编织复合材料在循环湿热前期,表现出一定的应变率相关行为,存在应变率强化效应;在循环湿热老化后期,湿热老化效应占主导作用,材料应变率相关行为不再明显;循环湿热老化对三维编织复合材料纵向动态压缩强度有一定的积极作用,但长时间的循环湿热老化会明显削弱三维编织复合材料纵向承载能力。(4)针对不同循环湿热老化下的三维编织复合材料开展了高速冲击试验,并结合高速摄影和工业CT扫描分析了高速冲击下三维编织复合材料破坏机理以及破坏后形貌。试验结果表明:三维编织复合材料靶板在同等冲击速度下的吸收能量随着循环湿热老化天数的增加而增加,抗冲击性能显著提升;不同循环湿热老化天数下三维编织复合材料靶板在高速冲击下宏观损伤形貌无明显差异;三维编织复合材料在冲击载荷下主要损伤方式包括:基体破碎、纤维/基体脱粘、纤维断裂拔出。综上,本文的研究工作可以为评估和预测航空发动机三维编织碳纤维复合材料叶片受到循环作湿热用后的力学性能变化以及抗外物损伤设计提供一定的借鉴意义。