三维编织复合材料具有低密度、高比刚度、高比强度、良好抗损伤容限、耐冲击和抗疲劳等优异力学性能,从根本上克服了层合复合材料易分层破坏等致命缺陷,因而在工程领域广受青睐。近年来,随着三维编织织造技术的日益成熟及机械自动化程度的不断提高,三维编织复合材料有望在充分发挥高效减重及低成本优势的前提下,利用其预成型体结构灵活多变和可设计性强的特点,实现材料性能的“特定规划”及复杂异型构件的近净尺寸制备,可避免因材料拼接而导致的结构缺陷,从而成为航天航空部分特殊主承力构件和功能构件的理想候选结构材料。然而,三维编织复合材料纤维束交织构造复杂,且全场纤维束取向、挤压形态和分布比例将会随构件形状或性能要求而发生变化,这就导致全场细观结构参数高度异质,给其力学性能分析带来了很大难度。本文以三维五向编织复合材料为研究对象,采用试验、理论模型和数值模拟方法对材料的全场力学响应及细观损伤进行了研究。主要内容包括：(1)采用岛津万能材料试验机和DIC非接触全场应变分析仪测试了三维五向编织复合材料在纵向拉伸、纵向压缩、横向拉伸和横向压缩载荷下的力学性能,重点分析了边界条件对三维五向编织复合材料不同载荷下全场力学特性及失效机制的影响。研究结果表明,切边造成了三维五向编织复合材料边界处纤维束不连续,同时伴有边界裂纹等缺陷产生及扩展,致使三维五向编织复合材料全场应变分布及失效机制发生改变。(2)根据四步法三维五向编织携纱器的运动规律,研究了三维五向编织预成型体内部、表面和棱角区域的纱线运动轨迹和细观拓扑结构,结合观测的纱线真实截面及挤压形态,建立了基于三单胞模型的宏观杆模型及宏观均质模型。在此基础上,建立了纤维嵌入基体有限元模型和多尺度有限元模型,利用商用有限元软件ABAQUS/Standard获得了三维五向编织复合材料的全场力学特性,从宏观上探讨了编织角和边界条件等因素对三维五向编织复合材料力学性能的影响规律。结果表明,纤维嵌入基体模型能够成功捕捉三维五向编织复合材料在不同载荷下的全场位移、应变和应力分布图像,通过与试验结果对比,验证了纤维嵌入基体模型的正确性和合理性。(3)基于内部单胞实体模型,建立了包含材料初始损伤准则、损伤演化及损伤本构的细观渐进损伤模型,并编写了用户自定义程序UMAT,预报了三维五向编织复合材料在不同单轴载荷下的强度值,模拟了三维五向编织复合材料在纵向拉伸、纵向压缩、横向拉伸和横向压缩载荷下的损伤起始、扩展和最终失效过程,分析了三维五向编织复合材料的细观损伤失效机制,通过与试验进行对比,验证了数值模拟的可靠性。(4)通过对三维五向编织复合材料在双轴载荷下的强度特性进行研究,给出了三维五向编织复合材料强度准则的简单构造形式,绘制了失效包络线,并与Tsai-Wu准则、Tsai-Hill准则对应的失效包络线进行了对比。结果显示,本文给出的强度准则在一定程度上能够较好地表征三维五向编织复合材料在双轴载荷作用下的力学行为。(5)基于多尺度分析模型,利用ABAQUS二次开发平台,开发了新的图形用户界面,采用Python语言编写了三维五向编织复合材料的虚拟设计及力学性能分析内核脚本,并以插件方式进行集成,实现了三维五向编织复合材料细观三单胞弹性常数预报、宏观构件导入和宏观构件性能模拟等一系列功能。另一方面,基于纤维嵌入基体模型,从材料和结构两个尺度同时出发,结合三维五向编织预成型体的编织工艺,提出了“材料-工艺-结构”一体化设计方法。