三维编织炭化型热防护材料具有高比强度、高比刚度、很好地抵抗复杂多向机械应力和热应力能力、防/隔热效率高和可设计性强等特点,在航天飞行器烧蚀型热防护系统中得到了广泛应用。在不同的温度和炭化程度条件下,三维编织炭化型热防护材料表现不同的力学及热物理性能,时变的温度及炭化程度对应时变的材料性能,从而材料表现复杂的传热及高温力学响应。在烧蚀条件下,三维编织炭化型热防护材料内部组分材料（纤维和基体）性能差异较大,因此不同的细观结构特征会直接影响材料在烧蚀条件下的热/力/化学耦合行为。另外细观结构特征也直接影响三维编织炭化型热防护材料的热力损伤及表面剥蚀状态。本文充分考虑材料细观结构特征及组分材料性能差异,研究烧蚀条件下三维编织炭化型热防护材料的表面氧化烧蚀行为、体积烧蚀传热传质过程、材料高温力学性能以及热力损伤与材料表面剥蚀机制,形成烧蚀条件下编织复合材料微细观热力化学耦合分析方法,为三维编织炭化型热防护材料性能表征、分析、评价及微细观结构设计奠定理论基础。首先,对国内外炭化型热防护材料表面烧蚀、体积烧蚀和力学响应研究等三方面进行了详细综述,介绍了宏细观尺度下材料烧蚀的理论及实验分析方法。针对炭化型复合材料内部纤维和基体不同的烧蚀性能及不同的微细观结构特征,建立了扩散/氧化/界面几何演化的表面微细观烧蚀模型,基于有限体积法和界面重构技术对模型进行求解,并且对模型的有效性进行了验证,进一步定性地分析了组分材料非均相反应特性和气体输运特性等因素对烧蚀行为的影响规律。然后,充分考虑三维编织炭化型热防护复合材料体积烧蚀过程中固体热传导、气体对流换热和热解相变吸热等多物理场耦合因素,体现材料内部纤维束和基体的体烧蚀行为差异以及纤维束的传热传质各向异性特征,建立了材料细观体烧蚀传热传质模型。采用等效方法获得纤维束在局部坐标系下的各向异性传热传质性能,利用有限体积法对细观体烧蚀模型进行求解,并且验证了模型的有效性能,进一步对不同编织角的三维编织碳/酚醛复合材料在体烧蚀条件下的温度及内压响应进行了模拟分析。其次,分析树脂基体材料在不同温度及加热时间历程条件下的热解对材料刚度及强度影响过程,建立酚醛树脂及碳纤维力学性能随温度和相变过程的变化关系,通过细观力学方法建立了纤维束横观各向同性的等效力学性能。采用热/力/炭化耦合的有限元方法结合代表体积单胞模型对三维编织碳/酚醛复合材料的等效刚度和强度进行了分析,并且通过炭化前后的编织碳/酚醛复合材料的压缩强度对计算模型进行了验证,进一步分析了细观结构对编织碳/酚醛复合材料的刚度及强度性能的影响规律。最后,分析三维编织炭化型热防护复合材料在烧蚀条件下发生的热膨胀和热化学收缩现象,利用热/力/炭化耦合有限元分析方法分析了由于热应力引起的材料局部损伤状态。结合纤维微观表面烧蚀形貌,建立了材料表面倾斜纤维受力分析模型,分析了材料表面发生局部损伤后导致的剥蚀现象,结合实验和数值模拟方法对材料剥蚀现象进行定性分析,揭示了材料表面剥蚀机制。本论文研究充分考虑了三维编织炭化型热防护材料微细观结构特征对传热传质、高温力学性能以及烧蚀行为的影响,形成了热/力/炭化耦合分析方法,可用于其他细观编织形式的炭化型热防护材料性能分析评价及微细观设计。