泡沫塑料因化学性质稳定、轻质、高比强度、具有优异的缓冲吸能特性,在民用和军事领域获得了大量应用。微孔聚合物泡沫在传统泡沫塑料的基础上将泡孔尺寸降低到10μm数量级,进一步提高了力学强度,从而拓宽了其应用范围。在一些极端的应用场景下,泡沫塑料因受到不同强度的力学载荷会产生或快或慢的变形,其应变率往往跨越多个数量级,因此研究微孔泡沫在宽应变率下力学响应行为,如本构关系和失效机制,对于其实际应用具有十分重要的指导意义。本文针对微孔泡沫中孔隙率与孔结构相互耦合、动态力学性能不明确等问题,采用物理束缚超临界流体发泡法制备聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微孔泡沫,通过工艺的控制,对微孔泡沫的孔隙率及泡孔结构进行调控和解耦（解除耦合）,并进一步测试了微孔泡沫在10–3～10~8 s–1应变率范围内的力学性能,同时结合模拟计算分析了不同应变率下微孔泡沫的变形机制与失效行为。本研究采用物理束缚超临界流体发泡工艺制备了孔径为2.4～52.3μm,孔隙率为36.9%～85.8%,孔径均匀,宏观尺寸平整的PMMA微孔泡沫,通过样品筛选可实现孔隙率与孔径的解耦。探究了PMMA微孔泡沫的孔隙率和结构调控机制,结果表明发泡温度直接影响PMMA基体的熔体强度、CO2扩散速率和吸附量,因而对微孔泡沫的孔隙率影响最为显著。发泡温度与孔隙率近似成线性关系。发泡压力主要影响气泡的成核势垒和CO2含量,泡孔结构则由发泡温度和压力共同调控。物理束缚对微孔泡沫的宏观结构平整性及微观泡孔密度和成核率均有影响,50～65°C发泡时最佳束缚比为1.5,80～120°C发泡时最佳束缚比为2。本研究深入探究了低中应变率下PMMA微孔泡沫的力学行为,分别探究了孔隙率和孔径对微孔泡沫力学强度的影响。研究结果表明,在准静态压缩下,减小孔径和孔隙率均有利于提高PMMA微孔泡沫的力学强度,其中孔隙率为82%的微孔泡沫,孔径从45.7μm减小到15μm时,压缩强度和模量分别提升了45.5%和39.9%。对于平均孔径为20μm的微孔泡沫,当孔隙率从85.8%降低至41.3%时,压缩强度和模量分别提高了7.09倍和2.13倍。有限元分析表明,小孔径泡沫中应力离散,减小了应力集中现象从而提高抗压强度。而孔隙率的降低则直接增加了孔壁和孔棱的质量分数,因此力学性能提升更为显著。对比低中应变率下(10–3～10~4 s–1)不同PMMA微孔泡沫的应力–应变曲线,发现PMMA微孔泡沫的力学性能呈现明显的密度（孔隙率）效应与应变率效应,其中15000 s–1加载应变下0.64 g/cm~3的PMMA微孔泡沫平台强度达到71.08MPa,是0.002 s–1应变下的加载强度的2.77倍,而0.23 g/cm~3的PMMA微孔泡沫的动态强度则为低应变率下的5.31倍。中等应变率下微孔泡沫的孔结构微惯性带来了明显的应变率敏感性,微孔泡沫的动态应力–应变曲线与E–S–H本构模型吻合得很好。通过对回收样品的形貌表征并计算冲击温升发现,应变率较低时,泡孔弯曲和折叠是主要失效形式,当应变率高于12000 s–1时,冲击温升可能导致PMMA微孔泡沫出现软化和坍塌。采用轻气炮对PMMA微孔泡沫进行高速加载时,微发泡材料内部的应变率可达10~7～10~8 s–1。实验结果表明微孔泡沫内部产生明显低于密实材料的冲击加载应力。抖动的粒子剖面可反映出PMMA微孔泡沫内部的冲击波波系作用十分复杂,此外反碰加载时产生“起跳尖峰”现象。采用二次拟合得到了Hugoniot状态下PMMA微孔泡沫的物态方程,拟合结果表明PMMA微孔泡沫在低压力下为冲击压缩状态,高冲击速度下可能存在反向膨胀行为,且密度越低的微孔泡沫其膨胀现象越明显。进一步地,本研究采用格点–弹簧离散元模拟方法从细观层面研究了冲击波与PMMA微孔泡沫的相互作用规律,结果表明当冲击波遇到泡孔时,孔洞反射稀疏波并对孔洞后方介质起到屏蔽作用,导致波阵面不平整。当多个泡孔同时与冲击波相互作用时,泡沫内部的冲击波与稀疏波阵面变得十分复杂,造成泡沫内部应力和粒子速度的局域化现象。PMMA微孔泡沫的表面存在密实层是其加载过程中产生“起跳尖峰”的主要原因,表面密实层产生强幅度冲击的同时阻挡了后续孔壁处产生的冲击波。微孔泡沫的表面密实层厚度越大,起跳脉冲强度越高,持续时间越长。微孔泡沫的孔径和孔隙率共同决定加载过程中窗口速度剖面,孔隙率决定粒子速度的值,孔隙率越小则粒子速度越低。孔径则影响粒子速度曲线的起伏程度,孔径越大,起伏程度越大。