闭孔泡沫铝材料实现了轻质和多功能兼容,在高速列车、载人航天和国防等高技术领域取得创新应用。铝熔体泡沫是泡沫铝制备过程中的关键中间状态,其孔结构经由凝固过程得以保存,对最终产品性能有着重大影响。铝熔体泡沫的流动会影响孔结构的发展和演变,而孔结构又反作用于铝熔体泡沫的流变性质。因此,研究熔体泡沫的流变行为和规律对于泡沫铝制备技术发展,以及孔结构调控和材料性能优化有着重大意义。为了研究泡沫铝熔体的流动特性,本文研制了适于测试泡沫铝熔体流变性质的装置,并实验测取了熔体泡沫的表观粘度系数和屈服应力。实验结果表明,在低剪切速率条件下,泡沫的表观粘度值随着体孔隙率的提高先增加后减小,峰值出现在孔隙率为0.67附近时;在高剪切速率条件下,孔隙率对泡沫表观粘度值的影响变小。剪切速率增加时泡沫的表观粘度值随之下降,表现出显著的剪切稀化效应。泡沫屈服应力随着体孔隙率的提高先增加后减小,峰值出现在孔隙率为0.70附近时。熔体泡沫经剪切测试后凝固得到泡沫铝样品,分析其孔形貌可知,（1）熔体泡沫内的剪切场主要集中在桨叶剪切旋转形成的等效圆柱体表面附近;（2）根据应变速率和孔隙率的不同,剪切场可能造成铝熔体泡沫内气泡的合并或者分裂。本文还利用自由界面格子玻尔兹曼方法建立了熔体泡沫的数值模型,研究了熔体泡沫的生长、屈服、剪切流动以及气泡合并/分裂等现象。模型预测的熔体泡沫屈服应力和表观粘度系数和实测值相符合。计算结果表明:（1）泡沫的剪切屈服通过其内部气泡的错位重排实现,且在液膜不破裂的情况下,孔隙率越高则泡沫屈服应力越高;（2）匀速剪切条件下,移动边界附近的气泡可不断发生重排并自发形成层状排列,而远离移动边界的气泡则基本不运动（即出现剪切带）;（3）高孔隙率泡沫的液膜厚度较低,受剪切作用后易发生液膜破裂导致气泡合并,且液膜破裂一旦发生,附近液膜也将发生“雪崩”式破裂;（4）在高速剪切条件下,低孔隙率泡沫在剪切面附近的气泡被拉长甚至分裂。流变实验和数值模型的计算结果都表明,在熔体泡沫阶段实施外加干预可能实现对孔结构大小、形状、取向的调节,这使得通过孔结构调控来优化泡沫铝的力学性能成为可能。本文通过顺序凝固方法渐进式地锁定熔体泡沫内的生长流动行为,从而制备得到了单向梯度泡沫铝,并实施了准静态和动态压缩力学测试,发现其动态压缩吸能效果优于等质量的均匀泡沫铝。本文基于仿生设计思路,根据泡沫填充管结构压缩过程中泡沫芯体内的应变分布特征设计了径向孔结构梯度,并通过调整顺序凝固法的冷却边界条件成功制备了径向梯度泡沫铝及其填充管结构。力学测试结果表明,梯度泡沫铝填充管较质量相近的均匀泡沫铝填充管具有更高的比质量能量吸收性能。