传统的二维编织复合材料虽然具有比强度和比模量高等优良特性,并且得到广泛应用,但由于其层状结构,在长期服役过程中,常常会出现层间的开裂,造成了结构安全隐患。为了改善这一问题,一种新型的由立体编织技术与现代复合材料相结合的沿厚度方向增强的三维编织复合材料出现,并因其完整性和可设计性在结构工程领域中受到青睐。然而,因为三维编织结构具有复杂性,诸多因素影响着其力学性能,其中不同编织结构、不同编织角以及不同承载方向的三维编织复合材料的损伤机理存在一定的差异,现阶段的研究仍然缺乏对此问题系统的分析。因此,研究弯曲载荷下编织复合材料的力学性能和损伤破坏机理,特别是针对三维编织复合材料以及渐进损伤过程的分析,对保证复合材料服役过程中的结构健康具有重要意义。本文首先对宽频带和谐振式两种传感器进行衰减测试,采用声发射(Acoustic Emission,AE)与数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)相结合的方法对碳纤维平纹编织复合材料层合板试件在四点弯曲加载条件下进行实时监测,深入了解了复合材料在弯曲受载的过程中的损伤演变机理。其次,利用这种互补技术监测了在三点弯曲加载条件下不同编织结构(三维四向和三维五向)以及不同编织角(20°和30°)的三维编织复合材料的损伤演变和变形过程,并通过微型计算机断层扫描(micro computed tomography,mirco-CT)观察复合材料试样的内部特征和断裂损伤。之后,分别对纵向承载试件和横向承载试件进行渐进弯曲损伤测试。与此同时,实时获取由损伤产生的AE信号的变化,采用断层扫描(micro-CT)技术来识别三维编织复合材料内部损伤的萌生/演变以及分布的特性。此外,通过声发射技术对塑料内胆全缠绕复合材料气瓶进行了性能表征和损伤监测,将所获得的学术知识和检测技能进一步应用到工程实践中。上述研究结果表明:(1)碳纤编平纹维织复合材料表面上的AE信号呈类似指数衰减的特征;随试件载荷不断增加,AE信号的撞击数急剧增多,相对能量逐渐升高,高幅度、高持续时间信号出现,相应的位移场和应变场也出现了明显的变化,清楚表现出平纹维织复合材料在弯曲加载过程中的受力状态和不同位置的受力形式。(2)三维编织复合材料的弯曲载荷-挠度曲线在出现初始损伤时类似于线性,而在裂纹发生后呈现非线性。与三维四向编织复合材料相比,三维五向编织复合材料有大量幅度为70至100 d B的AE信号。此外,三维五向-20°试件比三维五向-30°试件具有更多的高频信号。结合应变和位移场的变化,可以发现,三维五向编织复合材料由于补充了轴向纱线导致其弯曲力学性能得到显着增强,而编织角小的试样因为纤维取向度较高,因此在承受负载的纤维束更多,承载能力更强。(3)从Mirco-CT断层扫描图像中观察了三维编织复合材料的内部特征和断裂损伤。在试件的损伤中心附近观察到基体开裂、纤维脱粘以及层间和层内的分层。其微观损伤形态的观察结果与AE特性和面外变形具有良好的一致性,并验证了不同编织结构和角度的三维编织复合材料的损伤机理和材料性能。(4)从纵向和横向承载试件的弯曲载荷-挠度曲线可以看出,纵向承载试件的失效载荷和抗弯强度比横向承载试件大得多。根据能量、计数、幅度、持续时间和频率等声发射参数的分布特征可以反映两种试件的渐进性损伤的演变。可以发现纵向承载试件的抗损伤性能要好于横向承载试件的抗损伤性能。另外,还观察到了Kaiser效应(KE)的存在。(5)利用Micro-CT观察到纵向和横向承载试件的渐进失效机理明显不同。对于纵向承载试件,在初始阶段会发现轻微的裂纹和空洞缺陷,然后空洞缺陷演变成裂纹,原始裂纹进一步扩展。在最后一次加载之后,形成了一个明显的弯折带,并且发生了一些严重的损伤,例如丝束脱粘和纤维断裂。对于横向承载试件,第一次加载后出现更多裂纹。随后,在拉应力区域中观察到明显的基体断裂。特别地,发现纤维在厚度方向上的剪切断裂。最后,观察到丝束的脱粘、裂纹沿宽度方向扩展并形成分层。(6)声发射技术可以对塑料内胆全缠绕复合材料气瓶的损伤进行实时监测,验证了声发射技术在工程应用中对以复合材料为主体结构的特种设备及容器的安全检测的有效性;利用声发射信号的分布特征,可以对其进行健康评价和失效分析。