三维纺织结构织物因其厚度方向具有较高的断裂韧性、层间剪切强度和冲击损伤容限,可单独用于柔性防弹材料,亦可作为增强体用于先进复合材料制作抗冲击结构件。然而,三维纺织结构织物在高应变率下的冲击响应机制与准静态加载下不同,因此研究表征三维纺织结构织物在高应变率下的力学响应可对其结构件设计提供精确可靠依据。本文用MTS810材料试验机和本实验室自行研制分离式Hopkinson拉伸装置测试三维角链锁织物和三维正交织物在准静态和高应变率加载下的拉伸力学响应,探寻其拉伸刚度、拉伸强度、失效应变和破坏模式随应变率的变化规律。经对比分析可知,三维机织物在准静态和高应变率拉伸载荷下的响应机制明显不同。在准静态载荷下,加载速率恒定且较小,织物试样有足够时间调整,使各纱线系统达到能量最小和应力均匀状态,因此应力波传播效应和织物试样惯性效应均可不予考虑。准静态拉伸过程近似为恒温过程,因此可忽略温度效应对织物试样拉伸性能的影响。由三维机织物最终拉伸破坏形态可知,在纬向拉伸过程中,纬纱为主承载系统,经纱或Z纱系统仅因纬纱伸长变形或断裂而不断调整位置以使其处于最小能量状态,因此变形较小,对拉伸载荷的分担作用也较小。而在高应变率拉伸载荷下,拉伸应力波传播速度之快导致整个三维机织物试样中的应力波传播效应不能忽略,即三维机织物试样各部分受力和变形状态均不同,均与应力波传播历史有关。因为冲击应力波作用较强烈,将在不同纱线系统交织和接触区域发生强烈透射和反射,从而使得次承载纱线系统(经纱或Z纱)发生较大变形,吸收部分冲击能量。因高速冲击拉伸断裂瞬间完成,整个三维织物系统没有时间与外界进行能量交换,因此整个拉伸断裂过程近似绝热,导致各纱线系统拉伸断裂受到温升的影响。经分离式Hopkinson拉伸系统拉伸测试发现,三维角链锁织物和三维正交织物的拉伸性质均呈现不同程度和不同规律的应变率效应。随应变率增大,三维角链锁机织物拉伸弹性模量和拉伸强度均有所下降,拉伸过程吸收能量也有所降低；而三维正交织物随应变率增加,其初始阶段拉伸模量、最大拉伸强度及与之相应的应变均有所增大,因而拉伸能量吸收也有所升高。同时,本文在ABAQUS/Explicit有限元软件平台上建立三维角链锁和三维正交机织物全尺寸细观几何结构模型,经材料属性定义、分析步设置、约束和边界条件定义、加载设置和网格划分,建立其在高应变率下的冲击拉伸模型,预测其拉伸应力应变曲线,模拟三维机织物冲击拉伸破坏形态。经与实验结果相比较证明本文所建有限元细观模型在预测冲击拉伸载荷、拉伸刚度和拉伸破坏形态方面有效。因而可通过观察冲击拉伸应力波在三维机织物各纱线系统中的传播、反射和透射历史分布图,揭示三维机织结构织物冲击拉伸破坏机理。本文第二部分总结汇报在英国布里斯托先进复合材料创新和科学中心所做关于负泊松比结构蜂窝夹层复合材料力学性能的工作。一方面,基于六边形蜂窝单胞几何参数设计两种梯度变化蜂窝,选用增强型工程塑料,用熔融沉积快速成型工艺制作梯度变化蜂窝,经与碳纤维层合板复合材料蒙皮胶结做成夹层复合材料板并测试其弯曲性能。建立全尺寸细观有限元模型,预测梯度蜂窝夹层复合材料板三点弯曲响应,经与实验结果对比验证有限元模型的有效性,并用验证有效的蜂窝夹层复合材料板三点弯有限元模型对梯度蜂窝结构进行几何参数优化分析。另一方面,用剪纸/折纸工艺制作传统正六边形和内凹六边形蜂窝,将二者胶结制成阶梯式蜂窝,后与碳纤维层合板复合材料蒙皮胶结制作成夹层复合材料板,并测试其面内压缩、冲击和面外压缩性能,并与现有商业用蜂窝产品性能做比较。基于剪纸/折纸工艺生产蜂窝工序,提出有效可行的生产不同形状蜂窝的剪纸/折纸工艺路线。本研究得出通过蜂窝单胞几何参数或物理参数的梯度变化,可得到梯度功能蜂窝,实现某一性能(泊松比、弯曲曲率、横向剪切性能等)的梯度变化；也可通过不同泊松比蜂窝的不同组织排列,导致波阻抗失匹,实现对波频段定向选择,从而为实际工程结构件定向力学性能选择设计提供理论依据。