本文在系统论述国内外三维空芯结构复合材料的设计、织造、成型、性能及应用的基础上，探索了以三维结构单元为基础组织的三维整体空芯结构多向成孔的设计方法、自动化织造、成型及抗冲击性能等方面。主要内空如下： 1.在经向方向，主要选用正交结构为基础组织，设计了X形、V形、O形及蜂窝形等三维经向空芯结构；在纬向方向，也以正交结构为基础组织，通过空筘及穿综的变化形成纬向不同尺寸孔形的三维空芯结构；在经纬结合方向，结合以上两种设计方法，通过空筘和穿综的配合在经向和纬向同时形成不同形状的孔形； 2.给出以上三大类织物的厚度计算公式及孔形各边长与孔高的计算公式； 3.提出垂向蜂窝芯结构的四棱锥模型，对垂向蜂窝组织形成垂向蜂窝效果的原理及影响因素进行分析，得出：不同范围的纱线纤度、织造密度、组织循环数等因素对蜂窝效果有不同的影响。利用分析结果设计了三维整体垂向蜂窝空芯立体结构； 4.对普通剑杆织机的开口、送经及卷取机构进行了不同程度的改造，增加上、下两个经轴；加粗综丝，加大综眼；为开梭清晰在经轴与综框间相应地加清梭棒、导纱棍及目板等机构。在改造后的织机上成功试织了十几种三维整体空芯织物。同时其所织的织物门幅也从原来的几厘米增至织机的最大门幅。虽然改造后的织机现在还没能高速运转，但比起原来的手动和半自动，是大大前进了一步。 5.用真空辅助成型工艺，制作二维织物、典型三维织物、经向成孔三维空芯织物和垂向蜂窝芯织物的十几块复合材料板。建立了三维空芯结构织物中树脂胶液流动模型，使得在成型中有效地排除纤维间和纤维内部的多数气泡。本文采用的真空辅助成型不仅可以减少工作人员与树脂系统工程的接触，由于其工艺和操作简便，能大大缩短成型周期和生产成本。 6.通过SEM照片，分析在落锤和准静态测试下二维复合材料、典型三维结构复合材料和三维整体空芯复合材料(经向成孔和垂向蜂窝芯)的受损过程。得出，二维机织复合材料是因为分层严重才断裂；典型三维机织复合材料和三维空芯复合材料在该过程中均产生大量的银纹和微裂纹，分层现象较少，故吸能要好。三维空芯复合材料有空层内气体对各面层的抗压力，所以性能比典型三维复合材料好。 7.通过实验数据和分析得出，三维整体空芯复合材料多数抗冲击性能优于典型三维结构材料，二维的最差，O形最好。 本文给出的三维整体空芯结构不仅能提高三维空芯结构复合材料的性能，减少用材而降低成本，还能根据不同的结构配置扩大材料的应用范围及领域。如在其空芯层中可以加入保温、吸音或抗振等特殊材料，将是保温、阻燃、吸音及抗振等多个应用领域中的轻质的优选材料。本文中得出的试样冲击性能测试结果对以后的研究和应用有一定的指导作用。