微孔聚氨酯弹性体(Microcellular Polyurethane Elastomer,MPUE)是一种介于聚氨酯弹性体和泡沫塑料之间的微孔发泡材料,泡孔的孔径分布比较均匀,且一般在几个到上百个微米之间,兼具了泡沫材料质量轻、耐冲击性、缓冲性能非常好和弹性体的强度高、耐磨性好的优点。与一般橡胶相比,微孔聚氨酯弹性体具有强度高、韧性好、压缩应力传递性平稳以及抗疲劳性好等优异的力学性能,因而被广泛地应用于实芯轮胎、制鞋、减震材料等方面。尤其是在减震方面,这种材料具有优异的吸收冲击性能,对冲击能量的吸收率能达到75%-95%。因此研究微孔聚氨酯弹性体力学性能具有重要的理论意义和应用价值。现代产品的设计与制造正朝着高效、高精度、低成本、节省资源和高性能等方面发展,传统的计算分析方法远远无法满足要求,随着计算机技术的发展,有限元模拟已成为工程领域的一种重要手段。本文利用COMSOL Multiphysics V5.2建立微孔聚氨酯弹性体的力学仿真二维和三维模型,实现从材料属性和细观结构到弹性体力学性能的预测,为进一步提高微孔聚氨酯弹性体的力学性能提供有益参考。本文重点研究了微孔聚氨酯弹性体在线性区的力学性能,为进一步探究其在非线性区的力学性能以及抗疲劳特性等提供有了力支持。文章在对发泡过程进行理想化假设的基础上建立不同泡孔堆砌方式的微孔聚氨酯弹性体模型,例如简单立方、体心立方、随机排布的闭孔模型,运用几何学方法计算出孔密度和胞体结构的定量关系。利用多物理场有限元软件COMSOL Multiphysics V5.2进行准静态条件下的压缩模拟,对比相同材质下闭孔微孔聚氨酯弹性体压缩曲线的差异,分析变形机理。其次建立不同孔密度的简单立方闭孔微孔聚氨酯弹性体模型,分别对相同材质不同孔密度、相同孔密度不同材质的微孔聚氨酯弹性体的压缩应力-应变曲线进行对比分析。经过有限元模拟分析后得到如下主要结论:在线性范围内随着微孔聚氨酯弹性体泊松比的增大,材料的平均应力先减小,在泊松比为0.25时应力达到最小,泊松比大于0.25以后应力开始增大并且增大的速率也在增大,同时材料的纵向应变也不断减小,这说明随着泊松比的增大,材料的横向变形能力增强,可以降低应力的集中。然而,应力值下降的幅度并不大,这主要是因为微孔材料的变形主要是由泡孔变形来决定的。此外,随着孔数的增多,孔密度的增大,应力越来越小。同时,孔径相对较小的模型慢慢显现出它的优越性。同样,随着孔径的增大,孔密度就增大,应力越来越小,孔数多的模型慢慢显现出材料力学性能的优越性。最后发现孔密度是影响其力学性能的重要因素。泡孔孔径波动的增大,不利于材料性能的稳定,且容易产生应力的过度集中,因此减少泡孔孔径的波动是提高材料力学性能稳定性的一种重要途径。高斯分布的模型孔半径在平均半径值处集中,随机分布的模型孔径大小相对离散,孔径波动成高斯分布的模型力学性能要优于孔径波动成随机分布的模型,并且随着标准差的增大应力也逐渐增大,增大的偏差也呈增长趋势。