随着国家公共安全行业标准及道路交通安全法规的逐步完善和人们安全意识的逐渐提高,头盔需求量与日俱增的同时其安全性能要求也越来越高。现有的纺织复合材料头盔虽然可以满足安全防护性能的基本要求,但其制备流程多采用预制件裁剪铺层的方式,裁剪处易存在结构缺陷,且存在生产过程原料浪费大、生产效率低、人工参与度高以及产品成型质量和尺寸稳定性较差等问题,难以满足当前节能减排、清洁生产的绿色发展理念,从而限制了纺织复合材料头盔的发展。因此,设计和开发一体成型头盔预制件及其头盔,并研究其冲击作用下的安全防护性能和损伤机理,对低能耗、高品质头盔的设计和生产具有重要意义。本文首先设计了两种三维横编衬纬织物,探究了织物及其复合材料的基本力学性能和抗冲击性能;其次,基于力学性能突出的三维横编衬纬织物结构结合全成形横编技术开发了一体成形头盔壳体预制件,并进行了头盔制备;最后,参考头盔碰撞测试标准评估了全成形横编头盔的安全防护性能并分析了其冲击损伤特性。主要研究工作如下:（1）开发了三维横编衬纬织物,对其织物进行了基本力学性能研究。针对传统针织物延伸性大和冲击过程中能量传输较差等问题,采用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纱线开发设计了两种具有无屈曲增强纱的三维横编衬纬织物结构,并分别通过准静态拉伸、顶破和弯曲测试,对比分析了两种具有不同组织结构的三维横编衬纬织物的基本力学性能。结果表明:由于双罗纹组织对衬纬纱的绑缚效果更佳且该组织的整体性更为突出,使得基于双罗纹组织的三维横编衬纬织物的拉伸和弯曲性能均明显优于基于纬平针组织的三维横编衬纬织物;基于纬平针的三维横编衬纬织物的延伸性相对较大,顶破过程中发生的形变较大,吸收的能量相对较多;总体而言,基于双罗纹组织的三维横编衬纬织物由于拉伸性能、弯曲性能和拉伸稳定性的优势,可以初步判断其在刚性复合材料应用中更具发展潜力。（2）探究了三维横编衬纬织物增强复合材料的拉伸和冲击性能。首先基于声发射技术测试了三维横编衬纬织物增强复合材料的准静态拉伸性能,并分析了其拉伸损伤形态和不同损伤形式下的声发射特征,结果显示,基于双罗纹组织的三维横编衬纬织物的拉伸强度更高,且拉伸断裂过程较为稳定。此外,声发射结果表明,拉伸损伤过程中的纤维基体脱粘和基体断裂损伤形式具有累积声发射能量大、事件多、持续时间长等特点,而纤维断裂具有振幅大、频率高、累积声发射能量低、事件少、持续时间短等特点。其次,对比分析了基于双罗纹组织的三维横编衬纬织物增强复合材料层合板和平纹织物增强复合材料层合板的抗冲击性能和损伤形式,结果发现,三维横编衬纬织物增强复合材料具有良好的抗冲击性能,且其主要损伤形式包括纤维断裂、纤维基体脱粘、基体断裂、丝束劈裂和塑性变形等。最后,通过多尺度建模有限元方法获取了三维横编衬纬织物增强复合材料的弹性常数和强度参数,并采用宏观均质建模的方式模拟分析了三维横编衬纬织物增强复合材料的冲击过程和损伤形式。（3）设计了基于三维横编衬纬织物结构的全成形横编头盔壳体预制件工艺,并进行了头盔预制件织造和头盔制备。采用逆向开发技术获取了头盔壳体的三维实体模型,并基于全成形横编技术中的横向编织和纵向编织方式对模型进行展开,获取了可以进行工艺设计的二维展开图。结合三维横编衬纬织物结构和局部编织技术设计了头盔壳体预制件的全成形横编工艺,并通过设计改造电脑横机沉降片和牵拉装置,成功编织出以UHMWPE为原料的全成形横编头盔壳体预制件。之后,选用气囊加压的成型方式制备了全成形横编头盔。（4）评估了全成形横编头盔碰撞冲击过程中的安全防护性能,分析了头盔碰撞吸能的损伤机理,模拟了头盔碰撞冲击历程。参考GB811-2010摩托车乘员头盔测试标准,在头盔碰撞试验机上测试了全成形横编头盔不同部位在平面砧和球面砧作用下的安全防护性能,数据显示全成形横编头盔具有突出的安全防护性能,且不同部位的安全防护性能较为均衡。通过分析头盔碰撞后的损伤形貌可以发现,平面砧碰撞下的头盔壳体和泡沫层的损伤较小,而球面砧碰撞下的头盔壳体和泡沫层的损伤较为严重,其损伤形式主要包括纤维基体脱粘、基体断裂、泡沫压溃和断裂以及壳体和泡沫层的塑性变形。此外,通过建立头盔碰撞有限元模型,模拟了头盔碰撞过程中的不同时刻的应力分布,通过与测试结果对比发现,该模型在头盔定制化设计和安全防护性能预测方面具有一定的指导意义。通过对全成形横编头盔的开发设计与制备,以及对其抗冲击性能和损伤机理的研究,促进了纺织复合材料头盔的进一步发展,同时为全成形横编工艺开发复杂形状结构预制件奠定了良好的理论基础。