泡沫铝合金作为一种轻质材料,具有高比刚度、高比强度、吸能降噪等优异的力学性能和物理特性,广泛应用于航空航天、交通运输、安全防护等行业。由于泡沫铝合金材料服役工况的多样性和复杂性,无论是实际工程中的应用,还是针对材料进行的优化设计,都需要对其力学性能进行深入地研究。本文采用实验研究和有限元数值模拟计算相结合的方式,对泡沫铝合金试样尺寸对其力学行为的影响进行了研究。同时,对泡沫铝合金材料进行了简单应力状态和复杂应力状态加载实验,得到了泡沫铝合金的实验屈服轨迹,结合理论分析,提出了一个适用于泡沫铝合金材料的初始屈服准则,并基于此建立了针对体积可压缩固体相对密度相关的宏观唯象本构方程,通过与实验结果对比验证了所建立唯象本构方程的有效性。为了探究泡沫铝合金试样尺寸对试样力学性能的影响以及能够表征泡沫铝合金材料性能的最小试样尺寸,本文首先建立了3D Voronoi有限元随机模型,通过理论分析和实验研究对建立的模型和数值计算过程的有效性和合理性进行了验证。通过数值计算的方式探究了泡沫铝合金材料在准静态单轴压缩、剪切和弯曲三种不同工况下力学性能的试样尺寸效应,并将实验结果与模拟结果进行了对比。对三种不同工况下试样尺寸效应产生的原因进行了分析:对于单轴压缩和弯曲工况,两者产生试样尺寸效应的原因类似,均在于试样边界处存在约束水平较低的“弱胞元层”,从而导致了较小尺寸试样的力学性能弱于大尺寸试样;对于剪切加载,试样尺寸效应则是由试样的上下表面与加载刚性板粘结在一起形成的“强边界层”和与单轴压缩、弯曲工况中类似的“弱胞元层”共同作用导致的。根据实验结果和模拟结果,确定能够表征材料自身性能的最小边长为L/d?7,为进一步实验方案的确定提供了设计基础。同时,保证了实验所测得的材料力学性能不受尺寸效应影响,从而确保了所建立的针对泡沫铝合金材料的宏观唯象本构方程的准确性。由于泡沫铝合金材料在实际工程中的服役工况多为复杂应力状态,本文对三种不同相对密度(10%,15%,20%)的泡沫铝合金材料进行了简单应力状态——单轴压缩、单轴拉伸、剪切实验和复杂应力状态——压缩-剪切复合加载、三轴围压加载实验,得到了泡沫铝合金的实验屈服轨迹,并与现有的三个屈服准则进行了对比。同时,对泡沫铝合金材料在压缩-剪切复合加载条件下加载速率对材料屈服行为的影响进行了研究,在本文的研究范围内(3~300 mm/min),加载速率对材料的屈服强度影响不大。结合实验结果,提出了一个与应力张量第一不变量、应力偏张量第二、三不变量相关的初始屈服准则,并与本文中的实验结果和具有不同单轴压缩拉伸屈服强度不对称性的泡沫铝合金材料的实验结果进行了对比,验证了所提出屈服准则的有效性。为了提高对材料在不同工况下力学性能的预测能力,以及为材料在实际工程设计中的应用及优化提供基础和指导,本文基于经典塑性力学一维率无关弹-塑性本构,引入功共轭的特征应力和特征应变,构建了一个能够表征体积可压缩固体的宏观唯象本构模型,并与实验结果进行了对比。同时,分析了材料参数与相对密度的关系,引入材料相对密度的影响,建立了能够预测泡沫铝合金这类体积可压缩固体弹性阶段和平台阶段力学行为的相对密度相关的宏观唯象本构模型,将模型预测结果与实验结果进行了对比,验证了所提出的本构模型的有效性。