负泊松比材料和结构因具有负泊松比特性使其拥有优越的力学性能和潜在的巨大应用价值,引起了国内外研究者的广泛关注。《中国制造2025》明确提出要加大包括对新材料如超材料和增材制造等领域的创新发展。机械超材料中负泊松比材料和结构的研究已经在如火如荼的展开,然而,离实际应用还存在很大的距离。究其原因,主要是对负泊松比材料和结构的基础特性的研究尚未成熟。三维内凹蜂窝结构作为经典负泊松比结构,对其静动态性能的深入研究将有助于对其他负泊松比材料性能的进一步理解。三维内凹蜂窝结构较二维结构复杂,虽然已经开展了很多相关研究,但主要基于二维结构,对三维结构的研究较少,特别是动态性能方面的研究极为有限。因此,对三维内凹蜂窝结构的静动态力学性能进行深入研究非常有必要。借助于增材制造蓬勃兴起的春风,三维复杂结构的制造变为可能。本文应用增材制造技术打印出不同几何尺寸的三维内凹蜂窝尼龙结构试件,在准静态条件下采用万能试验机对试件进行单轴压缩试验、采用ANSYS有限元软件进行数值模拟并提出新的理论分析模型。此外,针对动态性能研究方面的欠缺,本文着重研究尼龙材料内凹蜂窝结构SHPB实验测试技术,进而研究该结构在冲击作用下的动力学关系和冲击吸能特性。主要取得了以下成果:1、通过对三维内凹蜂窝尼龙结构试件进行单轴准静态压缩试验,对试件的变形形态、应力应变曲线和泊松比等进行分析比较。结果表明,三维内凹蜂窝结构主要发生竖杆的压缩和弯曲变形、斜杆的弯曲和剪切变形。比较各不同几何参数的结构试件后发现凹入角越小,杨氏模量越高,越容易发生整体失稳破坏;随着斜杆水平长度L0的增加,杨氏模量逐渐增大。此外,试验测得试件的负泊松比在-0.105和-0.193之间。2、应用ANSYS有限元软件建立了三维内凹蜂窝尼龙结构有限元模型,与实验结果对比分析不同几何参数结构模型的应力应变曲线和变形模式。通过提取应力云图进一步揭示三维内凹蜂窝尼龙结构的力学行为,同时应用经校正的有限元模型进行参数化研究。此外,提出了一种单轴压缩荷载作用下的三维内凹蜂窝单元体解析模型,探讨不同几何参数的单元的变形机理,此解析模型可用来定性预测并辅助设计有负泊松比性能的结构。3、选择与三维内凹蜂窝尼龙结构阻抗相匹配额PMMA杆做SHPB试验。由于PMMA材料引起波的衰减,PMMA杆端面位置的波形不能直接由应变片位置的波形代替,需要对PMMA杆进行SHPB动力测试。采用一种改进的拉格朗日方法对由PMMA杆的SHPB试验采集到的应变时程数据进行数值分析得出应力时程和速度时程数据。同时采用ZWT粘弹性本构模型对PMMA杆材料标定本构参数,得出PMMA杆材料的本构方程。再通过特征线法计算得出PMMA杆上各位置处的应力、应变和粒子速度数据,将其与拉格朗日方法得出的数据进行对比,实现闭环检验。4、改进的广义拉格朗日分析方法实现了应力、应变和粒子速度三者间的相互推演。针对如何控制数值误差,本文分析了数值计算中出现的五种数值误差,提出了控制误差的可行方案,包括优化构造和多步迭代计算等。通过对冲击荷载作用下的混凝土材料进行了实例研究,并建立一维线弹性模型和非线性粘弹性杆模型,验证了广义拉格朗日分析方法的有效性。5、对三维内凹蜂窝尼龙结构开展SHPB冲击试验,采用改进的拉格朗日分析法进行数据处理,计算得出杆与试件界面位置的入射应变波和透射应变波。再通过传统的SHPB理论进行处理,可得到被测试件的应变率相关的动态应力应变曲线。根据波形曲线分析试件动力性能特征,并对不同冲击速度下不同几何参数的试件进行应力应变和吸能能力分析。结合有限元数值模拟,通过对入射、反射、透射波形的分析,反映出波在有机玻璃杆中波的传播特性以及试件的吸能等特性,并帮助理解和分析冲击加载过程。