纺织(纤维增强)复合材料在工业领域中的大规模应用源于高性能纤维的出现。为了充分发挥高性能纤维在复合材料领域的增强作用,通常是用立体织造的方法将高性能纤维制备成立体预制件(3D preform)。纤维立体预制件织造工艺有立体编织(3D braiding)、立体机织(3D weaving)和立体针织(3D knitting)三类,其中立体编织预制件的综合性能最为突出。立体编织预制件的加工工艺从旋转式编织、行列式编织发展到近年出现的六角形编织,并由此衍生出一系列的编织机械。六角形编织在带纱数量上较其他编织工艺有明显优势,对于编织高纱线交织率的立体编织物具有很大潜力,由于六角形编织理论和技术提出时间不长,六角形编织立体织物及其加工方法尚未得到深入研究。本文从六角形编织立体织物的成形原理为切入点,对编织过程中携纱器的运动特征、纱线交织方式、圆截面六角形编织物的几何结构建模与优化、含增材式六角形编织立体织物的复合材料制备、六角形编织机的搭建与织物试织进行研究,阐释了六角形编织工艺与编织物结构特征、编织机控制方法、增材式复合材料成形工艺和试样性能,探究了六角形编织物成形的新工艺。具体研究工作如下:从角轮的几何参数和角轮的排布紧密性等方面分析了角轮设置不同凹口数的可行性。研究发现只有四个凹口和六个凹口的角轮可以用于排布紧密的角轮阵列,以保证编织机底盘上有较高的携纱器密度和纱线交织率。分析了六角形编织和二维旋转编织过程中角轮(拨盘)旋转与纱线交织的关系。二维旋转编织中相邻的拨盘各自旋转180°仅可使纱线形成1次交织,而六角形编织中相邻的角轮各自旋转60°即可形成2次纱线交织。由此得出,六角形编织工艺更易于织造结构紧密的编织物,在纱线交织率上具有明显优势。为了对六角形编织过程进行有效控制,在分析二维旋转工艺中携纱器运动特征的基础上,研究了六角形编织工艺中携纱器的加速度和速度特征,结果表明按携纱器在不同角轮凹口上驻留方式划分,六角形编织的携纱器速度曲线可以分为两种方波曲线,而且这两种速度曲线都近似为周期方波。建立了六角形编织机的虚拟样机,利用ADAMS软件对携纱器运动的速度曲线进行仿真,验证了理论曲线的正确性。构建了圆截面六角形编织立体织物的结构模型。把六角形编织机底盘上所有携纱器的驻留点坐标化,再根据六角形编织工艺中角轮的旋转时序,推算出每个携纱器(纱线)在角轮每次旋转后的xoy平面坐标点,加上z轴进给的坐标值,从而获得了一系列空间坐标点,在Matlab软件中将这些坐标点依次连结,得到圆截面六角形编织物中每条纱线的空间轨迹,从而构建出含30根编织纱的织物几何模型。选用B-spline曲线对纱线的轨迹进行拟合,使纱线的空间轨迹更加平滑。为了使圆截面六角形编织立体织物的几何结构更加紧凑,利用坐标变换和矩阵变换算法对圆截面六角形编织立体织物的纱线间距和截面形态进行优化,使编织物的纤维体积分数从18%提高到57%,充分说明坐标变换算法的有效性。利用相同的立体织物几何结构建模和坐标变换方法,分别构建了含有72根编织纱和132根编织纱的圆截面六角形编织立体织物的几何模型,并对比了坐标变换前后立体织物的纤维体积分数。由在织物构建过程中得到的纱线空间轨迹坐标点,在SolidWorks建立了含30根编织纱的立体织物实体模型,该模型数据可用于增材制造,使得圆截面六角形编织立体织物的几何结构能够被直观地研究。研究了增材式编织结构复合材料的成形工艺。利用双喷头三维打印机,设计和制备了行列式编织复合材料模型;根据传统的纤维复合材料成形工艺,设计和制备了含有增材式行列式编织结构增强体和含有六角形编织结构增强体的复合材料试样,测试了试样的压缩性能。通过改变增材增强体材料(PLA,CPLA)和基体相材料(Epon-828环氧树脂、UDMA/TEGDMA树脂、E-51环氧树脂和TDE-85环氧树脂),研究了试样破坏界面的微观表征和压缩特性之间的关系。实验表明,增材式编织结构增强体的加入不会改变树脂自身压缩应力-应变曲线的变化趋势;增材式编织结构增强体和树脂基体结合的紧密度会影响试样的初始模量和最大应力,复合材料不同组分的界面紧密程度越高,初始模量会有所增加,但是六角形立体织物编织角的变化与增材式六角形编织复合材料试样的压缩力学特性之间没有明显的线性关系。为了验证圆截面六角形编织立体织物仿真模型的有效性,设计搭建了含有19个角轮的六角形编织机,并对六角形编织机的结构进行解析,包括角轮和携纱器的几何尺寸关系、角轮对携纱器的驱动力、驱控模块的连接等。利用所搭建的六角形编织机织造了含有示踪纱线的圆截面编织物,并与织物的仿真模型进行对比,两者在织物表面特征和截面特征上具有良好的一致性。此外,采用芳纶纤维织造了含30根纱线的圆截面六角形编织立体织物,并进行了拉伸性能测试。实验表明,织物的断裂强力会随着编织角的增大而减小,由于织物中的编织纱在拉伸过程中存在滑移,织物的断裂伸长率会大于编织纱的断裂伸长率。综上所述,本文采用将理论、仿真和实验相结合的方法,对六角形编织立体织物的成形原理及其复合材料性能进行了研究,研究结论丰富和深化了六角形编织理论和技术,为今后六角形编织工艺的设计、六角形编织机的改进、增材式纺织复合材料的设计与制备等提供了理论和实践的参考。