三维编织复合材料以其高比刚度、高比强度以及优良的抗冲击,抗分层性能被广泛应用于航空航天领域结构之中。随着编织工艺的不断革新以及固化成型技术的持续发展,三维编织复合材料在一体化成型和大尺寸自动化编织上展示出得天独厚的优势。三维编织复合材料结构件能逐渐广泛应用的前提是对其力学性能进行准确的预测和分析,但是三维四向编织复合材料具有复杂的内部结构,为预测其力学性能以及损伤模式带来一定的挑战。本文针对通过分析三维四向编织复合材料编织过程中携纱器的运动轨迹,探究其空间纱线布局,基于微观尺度合理假设,建立了三维四向编织复合材料多尺度建模体系。在此基础上,基于周期性边界条件以及均匀化理论得到了有限元预测模型,并通过数学方法构建了三维四向编织复合材料力学性能代理模型得到更准确的预测结果。首先,基于针对三维四向编织复合材料的结构特点,在微观尺度下,通过合理假设,获得纤维束的微观模型,在细观尺度下分析编织工艺中携纱器的运动轨迹,得到纱线的空间结构,结合代表性体积单元理论,建立了能够表征三维四向编织复合材料内部结构的单胞模型。在此基础上,采用周期性网格对多尺度模型进行离散,引入周期性边界条件施加载荷,基于均匀化理论,建立了能够准确预测三维四向编织复合材料力学性能的有限元模型。其次,通过搭建三维四向编织复合材料单轴拉伸试验平台,讨论了试验得到的弹性模量以及力位移曲线,并通过分析试件的宏观断口形貌,确定三维四向编织复合材料的宏观破坏模式。最后,选定三个编织参数(内部编织角、纤维体积分数和纤维束截面短半轴)为变量,结合现有编织工艺确定参数域,采用拉丁超立方试验设计获得样本点,基于Diffuse Approximation方法构建了三维四向编织复合材料力学性能预测代理模型。通过分别对比代理模型与试验测量值、代理模型和有限元预测结果之间的误差,验证了代理模型的可靠性,并且基于构建的代理模型,详细分析了三个编织参数对三维四向编织复合材料力学性能的影响。