泡沫金属具有质轻、比强度高、吸能效率高等优良性能,在航空航天、交通运输和吸能减震等领域有广阔的应用前景。泡沫金属及其复合结构在应用时承受多轴复杂加载工况,发生大变形甚至破坏断裂行为,因此,多轴加载下泡沫金属屈服面和破坏面的正确表征显然十分必要。然而,由于泡沫金属多轴试验特别是多轴拉伸试验数据非常少,数据离散大,因此泡沫金属屈服面表征存在争议,而且多轴加载下泡沫金属破坏面研究几乎空白。针对这些存在的问题,本文基于3D Voronoi细观模型,采用优化的无量纲参数和被验证的基体材料参数,开展三轴等比例加载数值仿真实验,研究多轴加载条件下泡沫金属屈服和破坏行为,并定量研究相对密度、形状不规则度以及胞壁厚度分布等参数对泡沫金属屈服面和破坏面的影响。具体包括:(1)建立泡沫金属细观模型有限元模型并验证其合理性。根据泡沫铝单轴试验确定基体材料参数。采用无量纲方法探究质量缩放、单元尺寸与类型以及加载速率等参数对计算精度和效率的影响,并推荐了优化的无量纲参数,这些参数对类似的Voronoi细观结构的非线性数值分析具有一定的参考价值。(2)提出适合泡沫金属三轴加载的初始屈服判据。基于能量观点,综合考虑多轴加载下不同荷载的影响以及单轴加载屈服条件,选取单轴压缩屈服状态(0.2%塑性应变)的无量纲塑性耗散功作为初始屈服判据。该判据避免采用单一等效应力或静水压定义屈服状态,更加合理地确定出泡沫金属多轴加载初始屈服点。(3)开展三轴等比例数值仿真实验,研究多轴加载泡沫金属屈服面特性。根据屈服面的拉伸压缩不对称性,提出双参数(单轴压缩和拉伸屈服强度)归一化方法,发现归一化的屈服面不受相对密度影响。并定量研究了相对密度、形状不规则度以及胞壁厚度分布等参数对泡沫金属屈服面和归一化屈服面的影响。(4)研究多轴加载泡沫金属破坏面特性。提出峰值应力破坏判据,进行应力表征破坏面的研究,定量分析了相对密度、形状不规则度及胞壁厚度分布等参数对泡沫金属破坏面的影响。初步探究了应力三轴度对破坏时等效塑性应变的影响。