三维编织复合材料以整体编织预成型作为增强材料,不需缝合和机械加工,具有明显的性能可设计性,且具有良好的综合性能指标,如较高的强度、刚度和较好的抗冲击性、耐烧蚀性等,所以受到工程界的普遍关注,成为航空、航天领域的重要结构材料,并在交通、建筑领域及体育用品和医疗器械等方面得到了广泛应用.根据编织复合材料既是材料又是结构的特点,利用力学的基本理论及高速发展的计算机工具,从材料设计的思想出发,把编织复合材料宏观力学性能与织物细观结构相联系,由组分材料的基本性能,预报出给定编织参数的编织复合材料的力学性能,进而实现编织复合材料细观结构织物设计与编织复合材料结构设计一体化,这对工程应用具有重大的指导意义,也具有明显的学术价值.该文首先对三维多向编织复合材料的细观结构几何模型和力学性能的研究进展进行了简要综述,重点介绍了近几年在几何模型、实验研究、理论研究几个方面的代表性工作.然后,对吴德隆的三细胞模型中的面元和角元进行了改进,并采用刚度平均法预报了三维四向编织复合材料的等效弹性模量,预测结果同实验值符合得更好.论文工作的重点是通过分析三维四步1×1矩形编织过程中纤维束的运动及交织方式,提出了三维四步矩形编织复合材料的一种代表性单元体,即三维实体单元胞体,并详细分析了其几何特性.该几何模型考虑了纤维束在编织复合材料内部的实际截面形状,保证了纤维束之间的接触关系,较真实地模拟了三维四步矩形编织复合材料的细观结构.在上述三维实体单元胞体的基础上,通过对单元胞体模型施加周期性边界条件和施加位移载荷,利用有限元软件计算了平均应力和平均应变,由此确定了三维四向编织复合材料等效弹性模量.该文给出的数值预报与已有实验结果较为一致,从而证明了模型的有效性.