三维编织复合材料具有抗冲击、不分层、损伤容限高及能量吸收率高的力学特性,已被成功应用于承受复杂极端环境的航空航天结构件。同时,其具有复杂结构近净尺寸成型和织物结构设计灵活的特点,通过编织结构设计能够满足不同载荷条件需求,因而受到汽车、船舶、生物医疗等领域的广泛关注。然而,目前三维编织复合材料预制体的制备主要依赖于四步法,编织过程自动化程度较低,需要大量人工辅助,造成效率低下,制品价格昂贵,限制了其应用范围。双分式三维旋转编织机继承了传统旋转编织机自动化程度高的优点,并通过双分式的拨盘结构提高了携纱器数量,改善了传统旋转编织机容纱量小的缺陷,有望实现三维编织预制体的自动化、低成本制造。然而,对于双分式结构改进带来的工艺灵活性、织物结构特性缺乏系统的理论研究,无法对高性能预制体制造提供指导。因而,本文以双分式三维旋转编织预制体编织结构设计为核心,围绕其编织轨迹、拓扑结构设计、细观结构几何模型及预制体结构对复合材料力学性能的影响规律展开研究。从双分式三维编织机工作原理出发,对满足该原理的角轮排布规律及角轮结构形式对编织运动的影响进行分析,得到了四角角轮与六角角轮两种旋转编织机的基本结构形式。针对上述两种结构形式的编织机,提出了一种编织机坐标系及其编织运动参数的矩阵表达方法,推导了携纱器路径的数学表达式。根据携纱器路径与纱线轨迹的映射关系,得到了纱线轨迹模型。利用该模型分析了角轮及拨盘运动对纱线交织拓扑的影响规律,为编织运动参数的选用提供依据。编写了纱线轨迹仿真界面,对该类编织机能够实现的新型编织轨迹进行探索,分析了编织运动对织物增强形式的影响规律。围绕纱线轨迹模型,提出了改变部分运动参数获得新型织物结构的方案,给出了四角角轮旋转编织组合截面织物运动参数矩阵的书写方法,总结了四种基本截面六角角轮编织织物对应的角轮排布规律,并开展编织实验验证了编织纱线轨迹的正确性。为探明双分式三维旋转预制体拓扑结构的构成要素及其影响规律,根据编织结构与空间点阵的相似性,提出了空间点阵-结点位移法。针对45°增强编织轨迹,提出了由编织运动参数矩阵构建编织空间点阵的方法,建立了由结点及在结点处相交的线段组成的三维编织空间点阵。采用结点位移法,即根据拨盘转动方向对空间点阵结点处纱线段进行位移操作,推导了代表性体积单元内纱线保持直线状态的必要拨盘转动组合条件,据此提出了纱线取直条件下织物拓扑结构的设计方法。分析了三维旋转编织预制体存在两种表面编织角的原因,给出了三维旋转编织边纱添加方法。针对相同编织轨迹下携纱器数量不同造成的织物结构差异问题,提出了一种交织频率在织物结构上的定义形式,实现了交织频率的量化表达,得到了交织频率对织物拓扑结构的影响规律,推导了保持三维四向织物均匀稳定的最小交织频率并进行了实验验证。提出了根据编织轨迹与携纱器布置计算交织频率的方法,总结了当前常用三维编织工艺的交织频率。针对高交织频率织物中纤维束存在严重弯曲扭曲的特性,提出了一种通过截面变化表征弯曲扭曲变形的纤维束建模方法。建立了编织预制体内部纤维束相互挤压的限制性几何条件,推导了纤维束的变形规律,得到了纤维束横截面参数。根据三维编织预制体结构的周期性,选择合理方案对其进行了单胞划分,据此建立了三维四向编织预制体单胞几何结构模型,得到了预制体结构参数之间的关系,提出了适用于不同交织频率编织预制体的通用编织角测量方法。建立了轴向纱与编织纱挤压的限制性几何条件,得到了三维全五向编织预制体几何结构参数之间的关系,据此分析了编织角及轴向纱尺寸对内部单胞几何参数的影响规律,并通过实验验证了预制体几何结构模型的正确性。为验证织物拓扑、轴向纱尺寸对织物结构的影响以及探索其对复合材料压缩性能的影响规律,编织了具有不同织物拓扑、轴向纱尺寸及编织角的预制体,观察分析其表面形貌。对预制体进行复合固化制备复合材料,对其进行结构观测,获得了不同拓扑结构下的纱线形态。开展轴向压缩与横向压缩试验,结合应力应变曲线及破坏形貌分析了试样的破坏形式,获得了上述因素对编织复合材料压缩性能的影响规律。