金属泡沫材料是一种由金属和气体组成的新型非均匀低密度复合材料,在工业工程的各个领域,如超轻结构、吸能材料、热控制材料、吸声材料等,具有十分广阔的应用前景。本文采用三维Voronoi闭孔模型模拟了闭孔金属泡沫材料的微观结构,并结合有限元计算分析了闭孔金属泡沫材料的力学性能。主要内容包括:三维Voronoi闭孔模型的构造,闭孔金属泡沫材料的线弹性性能分析和在单轴压缩载荷作用下的弹塑性响应分析。基于三维Voronoi图算法,构建了能够有效模拟闭孔金属泡沫材料的三维Voronoi闭孔模型,并定义了与有限元计算有关的结构参数。采用三维Voronoi闭孔模型模拟了闭孔金属泡沫材料的宏观线弹性力学性能。计算结果表明,闭孔金属泡沫材料具有近似的各向同性特性。当相对密度较低且在孔棱体积分数较大的范围内,采用Voronoi闭孔模型计算的弹性模量与采用交错立方体模型的分析结果接近。随相对密度的增加和孔棱体积分数的减小,交错立方体模型的结果要高于Voronoi闭孔模型。闭孔金属泡沫材料的弹性模量随微结构缺陷程度的增加而减小。根据计算结果,文中给出了归一化的弹性模量与相对密度和孔棱体积分数的关系式,以及弹性模量与微结构缺陷的关系式。采用三维Voronoi闭孔模型模拟了闭孔金属泡沫材料在单轴压缩载荷作用下的弹塑性响应。分析了闭孔金属泡沫材料在压缩载荷下的变形机理。计算结果表明,金属泡沫材料的平台应力随相对密度的增加而增加,随孔棱体积分数的增加而减小,平台应力的大小对于微结构缺陷并不敏感。由于平台应力的大小能够影响闭孔金属泡沫材料的能量吸收能力,因此对闭孔金属泡沫材料弹塑性行为的研究有助于分析和设计吸能结构。