自然界中人体的松质骨可根据应力场进行自适应的调整,形成材料利用效率最优的梯度多孔结构。近年来,人们提出研制具有密度梯度的泡沫金属以获得更优异的性能。其中,精确调控泡沫铝梯度结构是实现其性能优化的关键。本文成功制备了连续密度梯度泡沫铝,并采用实验和数值模拟相结合的方法研究了冷却速率、生长速率和保温时间等控制参数对泡沫铝相对密度梯度的影响。通过建立耦合熔体泡沫生长和凝固行为的数值模型,实现了对密度梯度的定量预测。基于模型预测结构开展的验证试验表明:发泡剂的含量较高或保温时间较短时,数值模型预测结果准确率较高。实验研究还发现了泡沫铝胞壁的微观结构随着远离冷却端距离的变化而不同。此外,本文通过试验及数据拟合方法获得了泡沫铝的材料参数与相对密度之间的经验关系。在此基础上,本研究建立了梯度泡沫铝的准静态压缩模型,该模型能够准确预测梯度泡沫铝的准静态压缩应力-应变关系。本文采用实验、理论及有限元模拟相结合的方法研究了梯度泡沫铝在高速冲击下的动态响应。霍普金森压杆实验结果表明:当梯度泡沫杆以高速（133m/s）撞击刚性壁时,通过调整相对密度分布能够产生恒定的冲击应力（9.2MPa、10.9MPa）。在相同的冲击能量下,正梯度泡沫杆的冲击应力峰值低且恒定。基于此,本文修正了泰勒冲击理论模型,准确预测了梯度泡沫杆与刚性壁之间的接触应力。同时,本研究通过有限元模型数值演绎了多种密度梯度对泡沫铝高速（300m/s）冲击应力的影响,探索了泡沫杆在高速冲击下获得恒定冲击应力的最佳线性相对密度分布,对比了等质量的正梯度泡沫杆、均匀泡沫杆、负梯度泡沫杆在相同冲击速度下的力学响应。研究发现:在相同的冲击能量下,负梯度泡沫杆的塑性变形量最小、能量吸收效率最高。研究表明冲击应力演化历程不仅与泡沫杆的初始密度分布有关,而且与冲击速度衰减历程等因素相关。