理想的吸能材料应该具有轻质、高能量密度的特点,同时材料可以实现多次重复使用且吸能效果不受加载速率影响。传统的吸能机制如利用金属的塑性变形、陶瓷的碎裂等都不能同时实现这些性能,因为这些机制过于依赖材料本身的优良属性和破坏性变形,于是借助于结构非线性大变形来实现能量吸收的新机制被提出。研究发现具有多个变形稳定平衡态的结构可以将外界输入的能量转化为弹性应变能,这个过程可以重复并不受加载速率影响。本文对多稳态结构的吸能特性进行了以下三个部分的研究:1、用模态叠加原理分析了双稳态曲梁的“屈曲阶跃”过程。提出串联的多稳态数学模型,并利用势能最小原理实现对多稳态结构的变形过程预测。阐述了多稳态效应的基本原理和基础研究方法。2、用单一曲梁结构的“屈曲阶跃”仿真分析过程说明了多稳态结构如何实现能量的吸收。基于此,进一步分析了双稳态结构串并联设计对于响应特性的影响,并制作了样件进行实验对比验证。3、设计多稳态曲壳来满足更多的应用场景。利用改进效率的遗传算法和多阶段目标优化实现了对曲壳模型的材料分布再设计。详细比较了优化结构和原结构的吸能效果,制造模型样件验证性能,数据表明优化结构具有更高的比吸能和更合理的材料布置。