闭孔泡沫金属材料凭借优良的吸能特性被广泛应用于防爆抗弹、碰撞冲击等工程领域。计算机数值模拟技术为研究闭孔泡沫力学性能提供了新途径,准确建立闭孔泡沫金属细观几何模型和有限元模型是仿真研究材料及其结构件各力学性能的关键环节。本文分别对随机胞元分布传统闭孔泡沫铝和复合金属泡沫铝两种材料构建了表征细观孔隙结构特点的几何模型,同时分析两种闭孔泡沫金属在准静态单轴压缩载荷下的变形失效过程,获得相应的压缩应力-应变曲线等力学性能。首先,提出基于Voronoi的随机点均匀优化算法,采用创建算法程序脚本的方法自动构建十四面体模型和Voronoi胞体均匀优化模型。将十四面体模型中单胞十四面体单元的等边三角形边长关键参数设置为可调变量,快速高效地创建十四面体几何模型。Voronoi胞体均匀优化模型改进了传统Voronoi模型,胞体尺寸更加均匀,符合泡沫金属材料孔隙尺寸大致均匀的细观结构特征。其次,提出随机点最小距离优化算法,在ABAQUS平台上二次开发构建等径球孔以及带壁厚的球体随机致密均匀分布几何模型,运用此建模方法能够快速生成孔隙率较高的复合金属泡沫铝几何模型。将建模过程中的模型边界、随机点个数、球洞尺寸、壁厚等参数集合成一整体,构建不同几何外形、不同梯度的球洞随机均匀分布几何模型,成功构建表征复合金属泡沫材料高孔隙率胞孔结构特点的三维球孔随机致密排布几何模型。开发了相应用户建模图形界面,为创建其他相似细观结构特点的球状颗粒增强复合泡沫材料提供建模工具。最后,采用实验和有限元数值模拟相结合的方法,验证算法所建立几何模型的可行性和准确性,同时分析传统泡沫铝和复合金属泡沫铝在准静态单轴压缩载荷下的变形失效过程,获得相应的压缩应力-应变曲线。使用建立的十四面体模型和随机点最小距离优化算法建立的球洞随机均匀分布模型,分别构建泡沫铝单轴压缩有限元模型、复合金属泡沫铝单轴压缩有限元模型。结果表明,仿真和实验应力-应变曲线大致吻合,验证了所建立几何模型的可行性和准确性。在压缩过程中,传统泡沫铝中主要发生孔隙壁的屈曲变形,而复合金属泡沫铝中主要发生金属空心球的塑性折叠变形,且后者的变形比前者更加均匀。传统泡沫铝和复合金属泡沫铝的压缩应力-应变曲线均表现出典型弹塑性泡沫材料特点,且后者的塑性屈曲平台阶段更长,对应的平台应力更高,说明复合金属泡沫铝比传统泡沫铝材料具有更高的强度、承载力以及吸能效果。