领域：学术论文 · 自然科学

三维（3D）复合材料是一种基于三维机织整体成型技术的先进材料，其结构由上下层织物面层与交叉呈"8"字形的绒经纤维组成。这种独特的设计通过Z向纤维在毛细作用下形成三维整体框架结构，利用织物中空结构瞬间吸收树脂，赋予材料轻质高强、抗分层剥离的优异特性。材料的制造工艺是采用了环氧树脂注入增强筋孔并与三维织物复合模压固化，成品面密度为4kg/m²，可承载500kg/m²荷载及45m/s风压。通过调节织物密度、层数及空间形态，可以灵活设计适配不同强度需求，同时中空层可通过填充泡沫或预埋功能组件实现隔音、阻燃等附加性能。
在应用方面，三维（3D）复合材料凭借其卓越的强度、增强的刚度、延长的抗疲劳性和低密度等优势，在航空航天、轨道交通和生物医学领域发挥着重要作用。然而，复合材料的疲劳损伤行为具有高度复杂性和不确定性，其潜在损伤机制至今未能充分阐明。但研究表明，在拉伸-压缩疲劳载荷下的疲劳寿命明显短于拉伸-拉伸疲劳，其损伤过程通常始于基体开裂，继而发展为分层、微屈曲、纤维扭结，最终导致纤维断裂。基于前人的研究，复合材料的疲劳性能与传统金属材料有很大程度上的不同，失效机理和失效模式也比金属材料复杂得多。这种复杂的失效机理与传统金属材料有本质区别，金属材料通常以单一主控裂纹为主导，而复合材料则可能出现多种损伤模式同时存在的情况。
目前，研究三维复合材料疲劳性能的主要方法是实验研究，但这种方法耗时费力，且难以全面评估不同应力水平下的疲劳寿命。为克服这些限制，将现有的复合材料疲劳模型分类，主要包括三类：疲劳寿命模型、预测残余刚度/强度的现象学模型和渐进损伤模型。疲劳寿命模型主要基于应力水平-疲劳循环关系表征复合材料的疲劳性能,该方法需要大量的实验数据，没有关注复合材料结构在疲劳过程中的实际损伤机理,它只能通过预测特定类型复合材料结构在特定工况下的疲劳寿命。而预测残余刚度/强度的现象学模型基于复合材料的疲劳理论，没有关注疲劳过程中的实际损伤机理，缺乏对纤维断裂、基体开裂、分层等多种损伤模式的全面描述。渐进式损伤模型应用疲劳失效准则来确定和定量描述失效模式，例如基体开裂、基体压缩、纤维断裂、纤维压缩、基体/纤维剪切和分层。同时，从疲劳性能出发，建立了各主要方向疲劳载荷的残余强度和残余刚度退化模型，用于材料性能退化分析，为有限元模型中的刚度矩阵退化提供了依据。该预测模型可以描述疲劳加载过程中的具体损伤模式，有利于分析损伤机理。此外，基于复合材料疲劳损伤理论，适用于预测不同疲劳载荷条件和层形的寿命。
随着计算机技术的进步，有限元分析（FEA）在复合材料研究中的应用日益广泛。有限元分析的基本思想是将复杂问题离散化为有限个互连的子域进行分析求解。在复合材料领域，研究者已成功将Hashin准则与Murakami-Ohno理论相结合，建立了渐进损伤分析模型，准确地预测了三维编织复合材料的单轴拉伸特性。此外，有限元分析还被应用于热物理性能研究，比较不同结构复合材料的导热系数，并分析各参数对导热性能的影响规律。值得注意的是，随着有限元分析技术的发展，该方法已从早期的拉伸和热物理性能表征，进而扩展到复合材料疲劳行为的研究领域。例如，通过建立代表性体积单元（RVE）预测模型，研究者成功模拟了二维编织复合材料在双轴交替循环载荷下的疲劳寿命。另外，还有研究者基于介尺度代表性晶胞（RUC）模型分析了三维四向编织复合材料的疲劳特性，并研究了编织参数对线性或简化应力状态下疲劳行为的影响。
这些研究进展为三维复合材料的性能优化和工程应用提供了重要理论基础，特别是通过计算机模拟技术，可以在设计阶段预测材料性能，有效避免过度设计和安全系数过大等问题，对推动三维(3D)复合材料在各工业领域的应用具有重要意义。

翻译考点：
考点1：“绒经纤维”必须译为“ warp pile fabrics”不可译为“pile warp fabrics”因为“绒经纤维”的固定表达就是“warp pile fabrics”
考点2：“增强筋孔”推荐译为“reinforcement rib holes”
考点3：“模压固化”推荐译为“compression curing”或者“compression molding and curing”，二者选其一即可，保持译文一致性
考点4：“主控裂纹”必须译为“dominant crack”不可译为“primary crack”因为这种裂纹表示的是会引起纤维结构被完全破坏的裂纹，有固定术语进行表达
考点5：“三维机织整体成型技术”推荐译为“Integrated 3D Weaving Technology”