泡沫钢是一种结构-功能一体化材料,可以通过改变孔隙率和孔结构来改变钢材密度、弹性模量和屈服强度,这给其应用带来了更多的可选择性,合理的设计能够有效地提高结构构件的稳定性能,从而提高承载力。泡沫钢的应用将会促进钢结构的巨大发展。泡沫钢的研究正逐渐从材料学领域扩展到工程结构应用领域,但目前对泡沫钢材料力学性能的研究仍主要集中在单轴单调压缩性能,对泡沫钢结构构件性能还鲜有研究。本文在现有泡沫钢制备工艺和材料性能研究的基础上,通过试验研究、数值计算和理论分析,从材料的制备、材料的基本力学性能和轴心受压构件的整体及局部稳定性能三个方面对泡沫钢进行深入研究,主要完成了以下几方面的工作:(1)造孔剂法是一种制备高熔点泡沫金属的优选方法,孔隙率是泡沫金属最重要的物理性质,本文采用造孔剂法制备泡沫钢,研究不同工艺参数时成品孔隙率与造孔剂含量的关系,建立了孔隙率的计算公式;采用淀粉作造孔剂制备小孔径泡沫钢,研究其力学性能与微观结构的联系;在此基础上,在工厂车间生产出大尺寸泡沫钢样品,用于材料力学性能和轴心受压构件稳定性能试验研究。(2)进行了泡沫钢材料单轴压缩、单轴拉伸和压缩卸载再加载试验,得到泡沫钢的弹、塑性泊松比,确定材料的典型材性曲线,并研究了材料的损伤演化规律。(3)进行了11种循环加载制度的材性试验,研究了泡沫钢在循环荷载下的破坏形态和强化特性,标定混合强化模型参数,并用有限元数值模型对参数进行验证。(4)进行了22个泡沫钢轴心受压试件的整体稳定性能静力加载试验,研究稳定承载力;建立有限元数值模型,验证模型的有效性;计算418个泡沫钢轴心受压构件的整体稳定承载力,研究残余应力、本构模型和材料力学性能对泡沫钢柱整体稳定性能的影响;基于我国现行钢结构设计标准中柱子曲线公式的形式,得到适用于泡沫钢材料的新的柱子曲线。(5)进行了17个泡沫钢短柱的局部稳定性能静力加载试验,研究其破坏形态和稳定承载力;建立有限元数值模型,验证材性曲线和模型的有效性;计算303个泡沫钢短柱,研究板件宽厚比、板件的相互约束作用和本构模型等对板件稳定性能的影响;基于屈服准则确定泡沫钢短柱中板件的宽厚比限值。