三维机织复合材料增强体为三维整体结构,纤维连续且多方向连接,这大大提高了构件的整体性和可靠性。三维机织复合材料从根本上克服了传统层合复合材料易分层或开裂的问题,从而为复合材料应用于主承力结构提供了广阔的应用前景。此外,三维纺织复合材料还具有高度的可设计性,可以通过改变织物结构参数来实现复合材料性能的优化设计,从而可以满足特殊环境下对材料结构减重和高承载性能的使用要求。同时,三维机织复合材料被认为是高温环境中航天器承力结构、航天飞船的机翼接头、火箭鼻锥、航天飞行器防热罩和航空发动机叶片等热防护结构的理想候选材料。因此,鉴于应用环境的迫切需要,对三维机织复合材料热力学性能的实验及预测研究具有十分重要的意义。本文针对当前三维机织复合材料研究中存在的一些问题,从热力学性能及三维机织可织性等多个角度展开研究。主要内容包括:(1)本文对三维机织复合材料的热传导性能进行了系统全面的实验和理论预测研究。三维机织复合材料的增强体结构分别为2.5D角联锁结构、经向增强的2.5D角联锁结构和3D正交结构。首先,本文基于多尺度有限元模型对三维机织复合材料的平面内和平面外热传导行为进行了预测模拟。为了验证模型的有效性,对有限元方法得到的厚度方向导热系数与采用闪光法测得的实验结果进行了对比,发现预测结果和实验结果具有很好的一致性。此外,本文还探讨了织物结构、纱线屈曲及织造密度等因素对三维机织复合材料中热通量及温度分布的影响。(2)基于瞬态热线法进一步对三维机织复合材料的热传导性能进行了实验研究,探讨了热线传感器的置入方向对导热系数的影响,详细分析了在线热源给定热载荷时三维机织复合材料的热响应机理。研究结果表明,瞬态热线法对三维机织复合材料导热性能的测试具有很好的适用性,能够很好的反映材料的各向异性特征;并且在其他参数相同的情况下,材料中各组分纱线所起的作用受热线传感器方向的影响。(3)对三维机织复合材料在加热热源为面热源的闪光法和加热热源为线热源的瞬态热线法两种测量方式下的热响应机理进行了详细的对比分析。研究结果表明,三维机织复合材料在不同受热形式下具有不同的热响应机理。(4)基于多尺度有限元模拟的方法对三维正交机织复合材料的弹性性能进行了预测研究。探讨了细观单胞模型的提取方式对单胞内纱线的连续性及各组分纱线纤维体积含量的影响,然后采用嵌入单元技术建立了三维正交机织复合材料的宏观有限元模型,该模型考虑了材料属性叠加和随机截取对边缘纱线截面面积的影响,从而能够提高有限元模型预测的准确性。此外,通过这种快速有效的建模方式,可以实现材料由细观到宏观构件的逐尺度力学响应特性分析。(5)本文基于表面处理对高性能纤维三维可织性的影响展开研究,并以较有代表性的碳化硅(SiC)纤维为例,对其表面进行上浆改性。SiC纤维脆性大,在织物织造过程中极易起毛、断裂。因此,本文通过对国产KD-Ⅰ型SiC纤维束进行的二次表面上浆处理,研究了添加不同助剂含量的水性环氧上浆剂以及上浆剂浓度对SiC纤维表面以及SiC纤维束可织性能的影响。经二次上浆,SiC纤维束的强伸性、耐磨性以及柔软性等适编性能都具有不同程度的提高,说明浆膜具有弥补纤维表面缺陷,进而提高纤维强度和降低强度分散性的作用。