高机能复合伙料拥有轻质、高强等特点，被宽泛利用于军事和民用领域
。复合伙料重要由加强体和基体资料组成，其中加强体结构决定着复合伙料的最终力学机能
。随着复合伙料机能要求不休提高，其加强体的结构由单向纤维加强发展到二维织物、三维织物加强，显著提高了复合伙料的面内和面表机能
。

三维织物加强体是高机能复合伙料结构加强的高级大局
。相继发展的三维编织和三维机织等技术，为高机能复合伙料提供了多样化的加强结构大局和大领域可调节的纤维取向散布，能够实现资料机能的裁剪设计和复杂构件的近净尺寸成型
。与单向和二维织物结构相比，三维织物加强体拥有纤维陆续、结构整体、不分层等特点，显著提高了复合伙料沿厚度方向的强度，及其抗冲击、耐委顿等机能，是高机能复合伙料发展的前沿方向
。近年来，以三维织物为结构加强体的高机能复合伙料在航空、航天、交通、能源等高新技术领域得到宽泛利用，如航空发起机电扇叶片、固体火箭发起机喉衬和扩散段等
。

三维织物加强体是选取三维编织、三维机织等工艺造成的整体织物
。典型的三维编织结构蕴含了 4 组空间倾斜交错的纱线，称为三维四向编织结构，在该结构中能够通过引入伸直的轴向纱线来提高织物的轴向机能，获得三维五向、三维六向和三维七向编织结构（图 1）
。典型的三维机织结构有两种，一种蕴含了 3 组空间相互垂直订交的纱线，称为正交三向机织结构；另一种蕴含了两组别离沿经向和纬向分列且层间联锁交错的纱线，称之为层间联锁机织结构，或经纱贯通织物整个厚度，称之为贯通联锁机织结构
。典型的层间联锁机织结构中多层经纱和纬纱之间的交错法规为类平纹结构，经纱弯曲会导致资料经向机能降低，因而可通过引入伸直的衬经纱，提高织物的经向机能，同时也能够将交错法规设计为类斜纹、类缎纹等结构提高资料的经向机能
。各类三维机织加强体结构如图 2 所示
。

图 1三维编织加强体结构

图 2 三维机织加强体结构

三维织物加强体的纱线交错结构由其织造工艺决定，其纱线截面状态、空间散布蹊径等均受到织造工艺参数的显著影响
。因而，一种由工艺驱动的三维织物加强体结构设计步骤得到了迅速发展
。在该结构设计步骤中，如果高机能纤维丝束由虚构纤维丝组成，每根虚构纤维丝代表若干根真实的纤维单丝，且体积一样
。每根虚构纤维如果为一根柔性链，由微幼纤维单元组成，每个纤维单元由杆单元和空心梁单元组合而成
。如图3（a）所示，虚构纤维丝组成虚构纱线，通过仿照织造工艺过程形成虚构织物
。图3（b）给出了三维机织物成型过程仿真及其虚构织物结构与试样织物结构的对比情况
。通过对织造工艺过程的数值仿真，获得了三维机织物的虚构结构，与真实织物的CT扫描图对比可知，虚构织物结构中纱线排劣注纱线蹊径和截面状态等均正确地再现了试样织物的真实交错结构，是现实织物的数值化高保真模型
。选取同样步骤获得了三维编织物的数值化高保真模型，如图3（c）所示
。

图3 工艺驱动的三维织物加强体结构设计步骤

起源：纺织导报