机械超材料是一种人造的结构材料,其内部经过合理的结构设计,能够表现出天然材料中没有的特殊力学性能。这些特性的来源往往不是由材料的本身分子结构造成的,而是由具有特殊构型的微观结构单元相互组建而表现出的宏观特性,这与传统依靠分子性能的工程材料有着本质的区别。多稳态机械超材料以多重稳定性、刚度可调和负泊松比等特性,在机械超材料领域受到了人们的广泛关注。目前由多稳态机构作为基本晶胞单元的多稳态机械超材料已被证实具有可恢复大变形、高比刚度、可变泊松比等特殊的力学性能,并可以通过其稳定的结构变形来捕获弹性能量,从而实现显著的隔振、能量耗散和可编程等功能,这些独特的性质激发了人们对多稳态机械超材料的研究兴趣。构建多稳态机构的基本单元通常为双稳态机构,双稳态机构的每个基本单元都存在两个稳定平衡位置,一旦施加的载荷达到阈值,其构型就会从一种稳态位置突然跳跃到另一种稳态位置。现有的一些双稳态/多稳态机构的稳态位置之间的跳转一般都发生在平面内,而很少考虑到平面外变形的影响,这会限制多稳态机械超材料在复杂载荷情况下的应用。由平面外载荷所造成的不必要变形将会导致柔性双稳态/多稳态机构存在不同的运动行为,从而影响多稳态机械超材料的力学性能。为了克服这些不足,本文提出了用圆形梁代替传统直梁的双稳态机构的设计,用来提高柔性双稳态机构抗扭刚度,并以圆形梁双稳态机构作为基本单元构建了空间多稳态柔性机构,增强了该机构的运动一致性。论文的主要工作如下所述:（1）面向双稳态机构的抗面外变形的需要,本文提出了一种基于圆形弧长的新型三段式圆形梁柔性双稳态机构,通过改变柔性梁的形状来改变柔性双稳态机构的抗扭刚度。使用有限元模型研究了柔性圆形梁双稳态机构中的柔性梁在不同尺寸参数下的跳跃行为,并分析了圆形梁双稳态机构和直梁双稳态机构的力-位移曲线,验证了圆形梁双稳态机构在稳态位置跳跃时的稳定性。（2）为了更好地反映圆形梁双稳态机构的结构参数和双稳态特性（第二稳态位置,跳跃位移,临界力大小）之间的关系,基于链式梁约束模型建立了圆形梁双稳态机构的运动静力学模型,通过仿真和实验的方式验证了该模型的有效性。并通过与直梁式双稳态机构对比的仿真和实验结果,验证了圆形梁双稳态机构具有较强的抗面外变形能力,并且在离轴载荷条件下具有更好的运动一致性。（3）通过将圆形梁双稳态机构与柔性执行机构相连接,设计了一种柔性多稳态机构,在不施加外部载荷的情况下,该机构可以在空间内拥有五种稳定平衡状态。建立了柔性执行机构的静力学模型,证明该机构存在稳定平衡状态。后续通过有限元模型和实验模型验证了该机构的多稳态行为和非中继稳态切换行为,并完成了不同配置的柔性多稳态机构在机械逻辑门中的应用,证明了所设计的多稳态机械超材料在数据存储和运算中的作用。