在过去的二十多年中,一种新型的材料设计理念获得了研究者的广泛关注。这种新型的材料设计方法不同于传统材料设计的方法,它不再关注于材料的组分,而是通过结构的设计来获得传统材料所没有的特殊性能。这种由结构设计决定性质的新型材料被称之为超构材料。超构材料的概念首先来源于光学和电磁学,然后随着研究的深入引申到声学、热学和力学中。本文聚焦于力学超构材料中的拉胀超构材料。拉胀超构材料不同于普通材料,它具有负泊松比,即在一个方向拉伸(压缩)时,其余方向也会发生拉伸(压缩)。这种独特的性质来源于结构的合理设计。通常来说,拉胀性能的产生主要基于凹角结构、手性结构和旋转刚性结构。本文将二维的四重反手性拉胀结构通过一定的规则扩展到三维,在Solid Works中进行建模,并利用3D打印的方法制造出实体结构。并利用有限元模拟软件COMSOL Multiphysics对该结构进行力学模拟和声子能带、声子透射谱的模拟计算。另外,通过实验室的力学测试仪和自主搭建的透射谱测试系统对实体结构的力学、声学性质进行测试,并和模拟结果相互验证。理论和实验均证明,本文研究的三维四重反手性拉胀超构材料具有可调的负泊松比和很宽的声子带隙,并且该声子带隙在外力作用下可以发生全带隙的移动,表现出可调的隔振性能。该超构材料在运动防护,隔振降噪,外力传感方面有着潜在应用。本文研究的具体内容如下:1.在一种二维四重反手性超构材料的基础上,利用一定的设计原理把二维结构扩展为三维结构,并在Solid Works中进行参数化建模,引入三个结构参数和两个无量纲参数来表征该三维结构的设计。并通过3D打印技术,制造出了实体模型。我们分别制造了精度高、尺寸小的样品和精度略低、尺寸大的样品来满足不同测试的需要。最后,为了实现对该三维结构的远程施力和操控,我们和其他课题组合作,合成了具有磁性的光固化树脂,并打印了具有磁性的三维样品。2.我们分别利用COMSOL和岛津公司的力学测试仪对该三维四重反手性拉胀超构材料进行了力学模拟与测试。结果显示,该结构在外力下的独特变形模式使其具有负泊松比,并且随着结构参数的变化,泊松比可以实现-0.45～0.35的变化。这使得该结构可以根据应用需求设计结构参数。另外,本文还讨论了该结构的静态和动态的力学性质。3.为了研究三维四重反手性拉胀结构的声学性质,本文从声子能带和透射谱两个角度,有限元模拟和实验两个方面研究了该结构的隔振降噪性质。理论和实验均证明,该拉胀结构具有很宽的声子能带带隙,在带隙频率范围内的声波能够有效被结构吸收。另外,当结构受到外部作用力时,其声子能带会发生涉及整个布里渊区的移动,这种全带隙的改变正是由于结构的负泊松比。本文对带隙边界振动模式的分析解释了在外力下带隙移动的原因。该三维四重反手性拉胀结构的可调宽声子带隙使得其具有很好的隔振降噪性能。