缝合复合材料是一种新型纺织复合材料,由于其显著提高了材料的层间韧性,使传统复合材料的损伤容限大大提高,有望在航空航天领域作为主承力结构得到广泛应用。深入研究缝合复合材料的宏观和细观力学性能及影响因素,详细分析其损伤演化过程和失效机理,建立缝合复合材料的宏观失效判据,是材料设计和实际应用的基础,已成为当前复合材料领域的研究重点和难点之一。首先,根据缝合层板的细观结构与相关学者的研究结论,基于ABAQUS软件平台,建立了考虑纤维面内局部弯曲和纤维体积含量变化规律的缝合层板单层单胞有限元模型。通过引入周期性边界条件,采用Hashin失效判据判定单层板材料的失效和最大应力判据判定富树脂区域材料失效,采用瞬态退化模式退化材料弹性常数,预测了单胞在拉、压、剪载荷下的力学特性。在此基础上建立了缝合层板各单层的剪切非线性本构关系。同时探讨了不同缝合方向下单层板的简单强度随纤维弯曲角、缝线半径的变化规律。根据经典层板理论,采用等应变假设,应用ABAQUS软件以及材料用户定义子程序UMAT,建立了多轴多向缝合层板在复杂载荷下的强度预报模型。该模型考虑了缝合层板各铺层的剪切非线性效应,选用Tsai-Wu准则判定各铺层材料的初始失效,并采用了瞬态退化和渐进退化两种材料退化模式,模拟了缝合层板在复杂载荷下的渐进失效过程,获得了复杂载荷下缝合层板的失效强度,详细分析了缝合层板单层的剪切非线性与累积损伤对层板宏观力学性能的影响。基于复杂载荷下缝合层板的强度预测结果,采用最小二乘法拟合所预测的强度值,获得了层板的失效包络线,并与未缝合层板的失效包络线进行了对比分析,阐明了不同载荷组合下缝合对层板失效强度的影响规律,最后建立了缝合复合材料层板的宏观失效准则。