多孔金属材料因其独特的多孔结构特征而具备低密度、高比表面积、导热导电等一系列的特殊性能,在催化、传感、燃料电池、药物输送等领域受到了广泛的关注。其中,无序结构的纳米多孔金属(金属气凝胶)常由去合金法制备,而长程有序的金属泡沫常由模板法制备。而近年来随着微纳级增材制造/3D打印技术的发展,使得直接打印具有微纳尺度的拓扑多孔结构成为了可能。将去合金法、模板法和增材制造技术结合起来,给与制备具有结构层次的跨尺度多孔金属材料无限的可能性,此类结构可控、性能可调的结构-功能多孔材料将有望成为能源(如催化和燃料电池)和健康(如组织工程)领域的理想材料。因此,本文将采用计算模拟和实验结合的方式研究实验制备的金属气凝胶和Au泡沫的微观结构与宏观性能的关系,并设计四种拓扑结构,以期指导实验制备具有分级结构的多孔金属材料。本文分为三大部分:(1)针对于金属气凝胶/纳米多孔金属:利用Voronoi tessellation算法构建了近似的金属气凝胶模型,并进行有限体计算模拟分析了其几何参数和力学性能,给出了基于相对密度的尺寸定律;三维重构了去合金法制备的纳米多孔金,并且与另外两种相似CAD模型的几何、力学、传导和流动性质进行了比较。(2)针对于Au泡沫:主要分析了由空心球密堆积形成的Au泡沫的力学性能,并将其表面结构近似处理为纳米多孔金属组成的双连续结构,使用双尺度模型分析了其有效力学性能,得出了基于相对密度的尺度定律。(3)针对于结构设计:设计了四种基于三维周期性极小面的skeletal-TPMS和sheetTPMS拓扑结构,采用数值分析和计算模拟探究这些结构的微观几何和宏观性能的关系,并使用3D打印和单轴压缩实验的实验结果验证了此有限体法的合理性及尺度定律的可靠性。