多孔泡沫材料是由固体骨架和大量孔隙形成的新型功能结构材料,由于孔隙几何结构的随机性,使其具有相对密度小、比表面积大、高孔隙率、高导热、耐高温、耐腐蚀、隔音、吸能、抗冲击等特点。随着科技的发展,多孔泡沫材料的这些优良特性可以很好满足人们对新型材料小型化、轻量化的需求,比常规材料更能适应未来的发展,因此对其性能的研究尤为重要。与连续介质相比,由于包含大量随机分布的孔隙,孔隙尺寸大小不一,导致多孔泡沫材料的性能预测变得复杂。考虑实际泡沫材料大多是非均质材料,多孔泡沫材料的性能与孔隙结构相关,仅用孔隙率已不足以描述真实材料的孔隙结构。本文用数值模拟分析方法,模拟非均质泡沫模型的导热过程和线弹性压缩过程,研究孔隙结构参数对多孔泡沫材料导热性能及力学性能的影响。本文主要研究内容包括:建立多孔材料二维非均质模型。基于Voronoi分布图建立二维Voronoi泡沫模型,定义孔隙随机度S,和孔隙率ε一同作为孔隙结构参数。随机度越大材料孔隙几何结构越随机,随机度越小材料越规则。通过调节核点位置偏移因子α和边宽系数β改变模型的随机度S和孔隙率ε。导热性能方面,应用MATLAB和ANSYS等软件建立二维Voronoi多孔泡沫模型,进行导热数值模拟,计算模型的相对有效导热系数,分析孔隙结构参数和相对有效导热系数的关系,结果表明随机度和孔隙率同时影响多孔泡沫材料的有效导热系数。当随机度一定时,随着孔隙率增大,材料有效导热系数减小;当孔隙率一定时,随着随机度的增大,有效导热系数减小。根据有限元数值模拟结果,拟合了相对有效导热系数由孔隙率和随机度组成的函数表达式。力学性能方面,基于二维Voronoi多孔泡沫模型,对弹性压缩过程进行数值模拟分析,计算模型的有效弹性模量,分析孔隙结构参数对相对有效弹性模量的关系,结果表明相对弹性模量不仅与孔隙率有关,还受随机度的影响。当随机度一定时,随着孔隙率增大,材料有效弹性模量减小;当孔隙率一定时,随着随机度的增大,有效弹性模量减小。根据有限元数值模拟结果,拟合了非均质多孔泡沫材料的相对有效弹性模量的函数表达式。本文通过大样本导热过程和弹性压缩过程数值模拟,定量分析了孔隙结构参数对多孔泡沫材料的性能的影响,为多孔泡沫材料的性能研究和生产制备提供参考经验。