近年来,碳纤维管状编织复合材料频繁应用于商用飞机机身、汽车车身和运动器材等领域的结构件,诸如保险杠条、B柱等的薄壁结构,在交通事故中,框架结构件受到侧向作用,容易引发弯曲变形和失效。在侧向弯曲载荷下,管状编织复合材料易发生基体开裂、纤维断裂和分层等复杂失效模式导致性能大幅下降。在管状编织复合材料的结构设计中,编织角度直接影响其力学性能,而环形编织技术允许为每层编织物设计特定的编织角度,因此可以形成径向编织角度不同的梯度编织结构,但是,目前对于此类结构的抗弯性能研究较少。本文针对管状编织复合材料,研究不同的梯度结构对其失效模式的影响,以优化结构设计,提升抗弯性能。本文将两种不同编织角度的结构组合在一起,研究两种结构对管件弯曲性能的影响。首先,根据管件内外铺层位置的不同,制备上升/下降两种梯度结构的碳纤维编织复合材料管:[I40/O60]和[I60/O40]。其次,对制备的管件进行三点压弯试验,获得其试验的载荷-位移曲线,并采用声发射系统监测试验过程中损伤发生的时刻。之后,使用Micro-CT三维扫描技术检测试样内部的损伤分布,分析其失效模式。最后,建立宏观有限元模型进行数值仿真,分析径向梯度结构对编织复合管失效行为的影响。试验的力学响应曲线和损伤形貌表明下降梯度的编织复合材料管能够在弯曲载荷下保持更优异的弯曲刚度和能量吸收特性,上升梯度的编织复合材料管在受到载荷时,底部出现大面积的分层,降低了管的承载性能。虽然从试样表面几乎难以观察到明显差异,但底部分层可以被低频、高能量、长持续时间和高幅值的声学事件所预测。数值仿真结果表明梯度结构对管件的抗弯性能和失效模式有重要影响。外层中与压头接触的编织结构使载荷沿编织纱线分布,因此,管件容易在顶部失效,其特征是压头和管之间的接触区域出现纤维压缩损伤。[I40/O60]管大编织角的外层将更多的载荷向下传递,导致底部大面积分层的发生,使得管的载荷急剧下降。相反,[I60/O40]管小编织角的外层主要沿轴向分散载荷,使得损伤在顶部集中,防止了底部分层的出现。因此,选择下降梯度的编织结构管件能避免底部大面积分层的出现,有效提高编织管的抗弯性能和能量吸收。