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作为一种新型功能结构材料,多孔金属纤维烧结板具有网络结构复杂、孔隙率高和比表面积大等结构特点,在冶金机械、石油化工与国防军工等领域中应用日益广泛。针对烧结板的纤维微观表面平整结构特征,本文通过Micro-CT扫描及图像处理技术完成对微观结构信息的提取、基于三周期极小化曲面(TPMS)以参数化建模的形式设计并实现分层随机纤维网络结构的造型、完成渗透特性数值模拟且对功能结构耦合关系进行了探讨,一定程度上可为多孔结构深层次研究提供积极的理论与技术借鉴。本文的主要研究内容包括:(1)探讨了TPMS造型理论在多孔结构建模中描述纤维结构及其平整表面特征的应用方法。针对金属纤维多孔结构的数字化建模需求,采用Micro-CT扫描及图像处理技术分析提取了包含纤维段类型、段长、朝向角度等形态统计量。基于对形态统计数据的定量分析,通过TPMS函数的参数调整与空间几何变换实现对纤维直径和空间朝向的有效控制。在Open CASCADE平台上实现基于TPMS的金属纤维多孔结构建模及其可视化,为后续的渗透特性研究做准备。(2)分析了具有不同结构特征的金属纤维烧结板三维几何模型的渗透特性。基于金属纤维多孔结构的统计数据,通过控制纤维数目、偏离角度和曲面的平整特性调制,构建了基于TPMS的具有不同结构特征的金属纤维烧结板的三维几何模型。经过流体性能的仿真分析,得出:纤维多孔结构在in-plane(纵截面)方向上的渗透率普遍比through-plane(横截面)方向上的高,高密度材料的渗透率较差;in-plane方向渗透率与纤维偏离角度大小负相关,through-plane方向的渗透率则正相关;纤维表面的平整度与渗透性能负相关,对in-plane方向上的渗透性能影响比较显著。(3)设计了多孔金属纤维梯度组合结构并探讨了其渗透性能。通过不同特征结构模型的叠加组合实现了多孔金属纤维梯度组合结构。仿真分析结果表明,梯度组合结构的渗透性能通常优于非梯度结构。不同密度梯度由低到高进行的组合有比其他组合更优的渗透性能,不同偏离角度梯度由大到小的顺序组合也具有良好的渗透率。