三维编织复合材料具有优异的抗疲劳性能、出色的层间性能和近净成形等优势,愈发广泛地应用于导弹舱段、发动机机裙、发动机喷管和火焰筒等航空航天重大装备关键部件。通常,这些部件为锥形回转体或变截面结构,需要通过加减纱技术来实现一体化成型。而且,这些部件往往服役于疲劳环境,加减纱的引入会造成结构局部变异甚至缺陷,这就容易过早产生初始裂纹,进而导致整体结构失稳,严重威胁使用安全性。目前,国内外相关研究多集中于具有“周期胞元”的材料件,而异型构件的研究异常缺乏,这也导致“材料-结构”性能难以匹配。本文以实际锥形回转件为牵引,设计并制备了不含和含减纱碳/环氧三维五向编织复合材料,采用试验和数值计算相结合的方法,开展了静载拉伸和拉-拉疲劳载荷下三维编织复合材料的力学性能和渐进损伤研究,明确了减纱的作用规律,揭示了失效机理,为提升三维编织复合材料异型构件可靠性和承载效率提供了数据和理论支撑。其具体研究内容和结论如下:（1）采用Instron力学试验机开展了不含和含减纱三维五向编织复合材料的静载拉伸试验,确定了试验件的最终拉伸强度（Ultimate Tensile Strength,UTS）。依据此,设定了不同的应力水平（40%-75%UTS,R=0.1）并开展了拉-拉疲劳力学试验。基于X射线计算机断层扫描,提出了一种二步损伤分类法,该方法可依据三维编织复合材料结构特征快速实现损伤的分类化。结果表明,在拉-拉疲劳载荷下,不含和含减纱三维五向编织复合材料均呈现出“四段式”的刚度退化。其中,含减纱三维五向编织复合材料的内部损伤以减纱点为中心呈楔形分布,变异区域中纱线内纤维的断裂模式由mode I变为了mode II。损伤分类显示,纱线与基体之间的脱粘损伤占比最大,而纱线内的损伤主要分布在编织纱的次表面段与轴纱的变形段。（2）基于X射线计算机断层扫描,对不含和含减纱三维五向编织复合材料开展了打断性拉-拉疲劳试验,并获取了全场疲劳损伤演化。提出了类型损伤坐标化方法与孔隙健康检测方法,完成了不含和含减纱三维五向编织复合材料拉-拉疲劳渐进损伤的识别分类与量化,评价了不含减纱三维五向编织复合材料原始孔隙与裂纹起始/演化的关联机制。利用声发射和数字图像相关技术研究了不含和含减纱三维五向编织复合材料在拉-拉疲劳后的剩余强度。结果发现,含减纱三维五向编织复合材料的拉-拉疲劳损伤萌生于减纱点附近,而不含减纱试样的初始损伤起源于试验件边缘。脱粘损伤主导了不含和含减纱三维五向编织复合材料的疲劳失效,减纱点和孔隙的存在加快了疲劳失效的进程。其中,位于界面处的大孔隙是严重影响疲劳寿命的关键孔隙。另外,疲劳损伤改变了剩余强度试验中的应力再分布,从而削弱了试样的剩余强度。（3）利用X射线计算机断层扫描提取了三维五向编织复合材料内纱线的几何形态参数,利用了傅里叶函数对其进行拟合与分析,并提出了几何模型的统计重构方法,与理想模型和真实结构进行了对比。结果表明,所重构的统计模型与真实结构保持一致,并能够有效地预测其弹性模量和应力分布特征。随后,利用统计模型法重构了不含和含减纱三维五向编织复合材料的几何模型,充分考虑了纱线扭转、挤压和减纱区域的变形。（4）建立了一种基于图像的多尺度模型,利用连续损伤方法开展了有关不含和含减纱三维五向编织复合材料的静载拉伸数值模拟,获得了两种材料在微观、细观以及宏观尺度下的损伤演化。结果显示,预测所得的应力-应变曲线、应变场分布以及损伤分布与试验结果接近。另外,通过将疲劳加载过程离散化,利用剩余强度模型和剩余刚度模型实现了组分材料的疲劳性能退化,开展了不含和含减纱三维五向编织复合材料的拉-拉疲劳数值模拟,获得了两种材料在不同应力水平下的疲劳寿命、应力再分布过程以及不同疲劳循环后的损伤变量。预报结果与试验结果吻合较好,且能够平衡计算效率和精度。疲劳载荷和静态载荷下两种材料的损伤类型基本相同,主要区别在于,疲劳载荷下材料中应力再分布的范围更广,且疲劳损伤区域更大。