本文档属于类型a，即单篇原创研究的学术报告。以下是针对该研究的详细报告：
作者与机构
本研究由Yidong Wu、Dan Qiao、Liqun Tang、Huifeng Xi、Yiping Liu、Zhenyu Jiang、Zejia Liu和Licheng Zhou共同完成。研究团队主要来自华南理工大学土木与交通学院、亚热带建筑科学国家重点实验室，以及暨南大学力学与建筑工程学院。该研究发表于《International Journal of Mechanical Sciences》，并于2018年12月3日被接受发表。
学术背景
金属泡沫材料（metallic foams）作为一种能量吸收材料，通常处于复杂的应力状态。研究金属泡沫在多轴加载下的屈服和失效特性具有重要意义。然而，由于多轴加载实验的难度，金属泡沫的失效表面（failure surface）仍然不明确。传统的失效准则（如Tresca准则和Mises准则）适用于致密金属，但不适用于多孔材料。金属泡沫的失效表面需要通过多轴加载条件来确定，但由于实验设备的限制，现有的多轴加载数据点较少，无法准确反映失效表面的真实形状。因此，本研究通过数值模拟方法，利用三维Voronoi模型模拟金属泡沫的细观结构，提出了一种新的失效准则，并获得了覆盖整个主应力/主应变空间的失效点，以研究金属泡沫失效表面的全局拓扑结构。
研究流程
1. Voronoi模型构建与验证
研究使用Voro++程序生成三维Voronoi模型，模拟闭孔铝泡沫的细观结构。模型的平均孔尺寸为1.65毫米，每个加载方向上至少有10个孔以消除尺寸效应。通过改变孔壁厚度，获得不同相对密度的金属泡沫。基体材料为纯铝，采用双线性硬化弹塑性本构模型和剪切损伤准则。研究通过单轴压缩、单轴拉伸和双轴拉伸实验验证了模型的准确性。
多轴加载方案
研究采用立方体Voronoi模型进行多轴加载数值模拟。通过施加任意比例的力边界条件，模拟不同的多轴加载情况。加载过程中，力的增量足够小以确保准静态加载，且力的比例在加载过程中保持不变。研究通过预设Lode角和应力三轴性，确定了初始加载比例，从而获得覆盖整个主应力/主应变空间的失效点。
失效准则的提出与失效表面的表征
研究提出了一种新的失效准则：当多轴加载下的失效元素比例等于单轴拉伸对应的峰值应力时的失效元素比例时，金属泡沫进入失效状态。通过该准则，研究获得了足够的失效点，并在主应力/主应变空间中表征了失效表面。结果表明，主应力空间中的失效表面比主应变空间中的失效表面更为复杂，因此更适合在主应变空间中描述失效表面，其形状接近椭球体。
不同相对密度金属泡沫的失效表面
研究通过改变Voronoi模型中壳单元的厚度，获得了不同相对密度的金属泡沫。结果表明，不同相对密度的金属泡沫的失效表面具有自相似性，且随着相对密度的增加，失效表面的形状变大。通过使用单轴拉伸的失效应变对失效表面进行归一化，可以消除相对密度的影响。
失效表面缺失区域的边界确定
研究指出，在多轴压缩条件下，金属泡沫会被压缩至致密而不会发生失效，因此在失效表面的全局拓扑结构中存在“缺失区域”。研究通过分析确定了缺失区域的边界，并通过数值模拟验证了其准确性。
主要结果
1. 失效准则的提出
研究提出的失效准则不仅考虑了多轴加载对金属泡沫失效的影响，还与传统的单向加载最大载荷准则兼容。该准则通过失效元素比例来判断金属泡沫的失效状态，具有较高的合理性。
失效表面的表征
研究结果表明，主应力空间中的失效表面比主应变空间中的失效表面更为复杂，因此更适合在主应变空间中描述失效表面。主应变空间中的失效表面接近椭球体，可以通过椭球方程进行拟合。
不同相对密度金属泡沫的失效表面
研究结果表明，不同相对密度的金属泡沫的失效表面具有自相似性，且随着相对密度的增加，失效表面的形状变大。通过归一化处理，可以消除相对密度的影响，并提出统一的归一化方程。
缺失区域的边界确定
研究通过分析确定了失效表面缺失区域的边界，并通过数值模拟验证了其准确性。结果表明，缺失区域的边界在应力失效表面和应变失效表面上均表现为椭圆曲线，但在应变失效表面上存在凸起，表明泊松效应的影响显著。
结论
本研究通过数值模拟方法，提出了金属泡沫在多轴加载下的新失效准则，并表征了其失效表面的全局拓扑结构。研究结果表明，主应变空间中的失效表面更适合描述金属泡沫的失效行为，且不同相对密度的金属泡沫的失效表面具有自相似性。此外，研究还确定了失效表面缺失区域的边界，为金属泡沫的失效行为研究提供了重要参考。
研究亮点
1. 提出了一种基于失效元素比例的新失效准则，适用于金属泡沫的多轴加载失效判断。
2. 通过数值模拟获得了覆盖整个主应力/主应变空间的失效点，表征了金属泡沫失效表面的全局拓扑结构。
3. 发现主应变空间中的失效表面更适合描述金属泡沫的失效行为，其形状接近椭球体。
4. 确定了失效表面缺失区域的边界，并通过分析验证了其准确性。
其他有价值的内容
本研究还探讨了泊松效应对失效表面缺失区域边界的影响，发现当两个压缩方向的初始载荷差异较大时，缺失区域的边界会出现凸起，表明泊松效应在多轴压缩条件下对金属泡沫的失效行为有显著影响。
以上是对该研究的详细报告，涵盖了研究的背景、流程、结果、结论及其科学价值。