● 摘要
泡沫材料是一种轻质的结构材料和良好的热防护材料，已在航空航天、汽车工业、建筑行业等领域得到了广泛的应用。泡孔结构与湿热环境对泡沫材料力学行为的影响以及泡沫材料的热防护性能在国内外逐渐成为研究热点。本文研究了泡孔结构与湿热环境对泡沫材料力学行为的影响以及泡沫材料的导热性能，具体工作包括：在实心棱柱随机泡沫模型基础上，建立了具有空心棱柱结构的随机泡沫模型，对具有空心棱柱结构的开孔泡沫模型的力学行为进行了数值模拟，研究了空心率对这类泡沫材料力学行为的影响。在空心棱柱泡沫模型的基础上，建立了具有复合棱柱结构的开孔泡沫模型，提出了一种模拟此类材料力学行为的方法。实现了立方多胞模型的参数化建模，建立了能够反映泡沫微结构各向异性的立方多胞模型。基于立方多胞模型在整个密度范围内对泡沫材料的各向异性弹性性能进行了数值模拟，对各向异性面心立方模型的拉伸和压缩变形过程进行了模拟。分别采用简单立方串联导热模型和并联导热模型对普通泡沫材料和微珠填充复合泡沫材料的热传导性能进行了理论分析，得到了等效导热系数的计算公式。分别对普通泡沫材料和微珠填充复合泡沫材料的热传导过程进行了三维有限元模拟，发现等效导热系数的模拟结果与理论预测结果符合较好。对空心玻璃微珠填充环氧树脂复合泡沫材料进行了准静态压缩实验，获得了材料的应力-应变曲线和相关的力学性能，研究了吸湿、温度和应变率等因素对材料压缩性能的影响。实验结果表明，空心玻璃微珠填充环氧树脂复合泡沫材料的压缩模量和压缩强度随应变率的增加而增大，随温度的升高而降低，因而具有一定的应变率效应和温度效应；但是，这类材料经吸水或吸盐水后，其压缩模量和压缩强度会存在明显的下降。