对由地震、爆炸、碰撞等强动载荷产生的高幅值、高能量应力波的防护一直是人们高度关注的问题。近年来,具有人造微结构的弹性超材料可以表现出负密度、负模量等普通材料不具备的超常属性,为低幅值、低能量应力波的人工调控提供了前所未有的技术手段,同时,也为更高能量应力波的防护带来了新的思路。然而,在强动载荷作用下,材料必然呈非线性本构关系,此时必须考虑材料的非线性响应对超材料的影响。本论文旨在通过引入材料的非线性本构,研究超材料在高幅值、高能量应力波的作用下发生塑性响应对应力波防护性能的影响,并揭示出超材料应力波衰减性能随材料塑性参数变化的规律。论文首先建立了周期性铝/铜层状材料有限元模型,引入材料的Johnson-Cook本构关系,研究了应力波在周期性层状材料中的传播规律。结果表明:层状材料中铝/铜界面声阻抗失配是引起冲击波演化形成新脉冲的主要原因,同时应力波在铝/铜界面的反射促进了超材料对能量的耗散,缩短了应力脉冲形成的时间,大大提高了超材料对应力波的衰减效果。其次,以周期性层状材料中应力波的传播规律为基本认识,建立了由基体-壳层-核心微结构组成的一维局域共振型超材料模型。对超材料微结构单元的共振频率分析表明,微结构单元的共振频率与壳层的模量呈正相关,但壳层核心结构的填充率对共振频率的影响较小。考虑壳层的线性各向同性硬化和随动硬化两种本构模型,分析了局域共振型超材料对不同频率谐波的响应,发现引入壳层的塑性响应大大提升了超材料对应力波的衰减性能。但是当谐波的频率远离共振频率时,壳层采用线性各向同性硬化模型的超材料在谐波多次加载卸载的作用下,壳层的屈服面逐渐增大,使得屈服强度逐渐增大,导致超材料对应力波的衰减效果逐渐减弱;而壳层采用线性随动硬化模型的超材料由于考虑了包辛格效应,在谐波多次加载卸载的作用下,壳层结构的屈服面不发生变化,壳层将持续发生塑性响应,因此对应力波衰减效果更明显。此外,壳层采用线性随动硬化模型的超材料对低频应力波的衰减更明显,表明其禁带离低频更近。最后,分析了壳层采用线性随动硬化的局域共振型超材料的频带特性。结果表明:引入壳层的塑性响应起到了将超材料的滤波起始频率向低频段移动的效果,大大促进了对低频波的衰减。对壳层结构的塑性参数研究显示,壳层的硬化模量越小,超材料滤波起始频率向低频端移动更多,对低频波的衰减越明显;在相同硬化模量的条件下,随着屈服强度的减小,超材料的滤波起始频率不会发生明显变化,但是在低频区对应力波的衰减程度明显增加,最终会在低频区形成新的禁带。