具有带隙特性的机械超材料,可在特定频率范围内实现弹性波的有效衰减、隔断入射波的传播,可作为新的技术途径应用于工程装备的振动抑制。而有效抑制低频宽带振动是工程装备中亟需突破的瓶颈,机械超材料的低频宽带振动抑制在工程装备中具有十分重要的应用前景。在尺寸和质量约束下,机械超材料难以同时实现低频、宽带振动抑制,这成为制约机械超材料隔振应用的关键技术难题。作为一种易于制造且高性能的结构性材料,穿孔板型机械超材料有望通过结构功能的一体化设计,实现低频、宽带的振动抑制。针对穿孔板型机械超材料的低频宽带隙设计和力学性能提升的需求,研究建立多功能的超材料设计方法;通过在单胞结构的微观尺度和周期布局的宏观尺度上的合理设计,使之兼具承载和带隙特性,以扩展其在机械装备的声振控制领域的潜在应用。本项研究具有重要的理论意义和应用价值。本文针对穿孔板型机械超材料的低频宽带隙和高承载的设计需求,分别基于单胞结构对称性、带隙产生机制、拉胀变形机制和单胞阵列方式等进行材料和结构一体化设计,以提升穿孔板型机械超材料的低频宽带振动抑制性能和可拉伸力学性能。研究建立基于孔洞旋转的穿孔板型机械超材料的带隙低频化设计方法,基于双机制协同的穿孔板型机械超材料的亚波长带隙设计,基于组合变形模式的穿孔板型拉胀机械超材料的高可拉伸性设计,以及低频宽带机械超结构设计。主要研究内容和成果如下:（1）基于孔洞旋转的穿孔板型机械超材料带隙低频化设计方法研究。针对带隙低频化研究中单胞构型复杂、低频带宽较窄且分布零散的问题,研究建立了基于孔洞旋转的机械超材料带隙低频化设计方法。以正交矩形孔单胞为原型,建立等效二维集总质量弹簧模型,分析了质量块的非对称分布对能带结构的影响;通过对正交矩形孔单胞进行旋转孔洞设计构造非对称的单胞结构,数值和实验验证了所提方法对带隙低频化和弹性波衰减的有效性。研究了孔洞转角对能带频率分布以及全向能带结构的影响,揭示了几何参数对相对带宽的影响规律,阐明了带隙的产生和变化机理,验证了孔洞旋转方法对不同构型超材料的带隙低频化具有较高的适用性。研究表明:相对带宽随转角的增大而增大;带隙产生机制为:孔洞旋转降低了单胞几何对称性,产生了新的相消干涉进而重构了模态位移分布、改变了共振频率。（2）基于双机制协同的穿孔板型机械超材料亚波长带隙设计与性能分析。为实现亚波长尺度的低频弹性波衰减,提出了双机制协同的机械超材料设计。建立兼具两种带隙产生机制的等效集总质量弹簧模型,分析了机制叠加对能带结构的影响;将具有局域共振机制的四同心螺旋孔引入正交矩形孔结构,构造双机制协同的混合式机械超材料,数值和实验验证了结构可产生亚波长耦合带隙且高效宽频衰减弹性波。揭示了螺旋孔几何参数对带隙位置的影响规律,阐明了耦合带隙产生机理,并在此基础上通过空气域连通性设计,提出了兼具声波和弹性波同频率衰减的超材料设计,并研究其弹性波全波特性。研究表明:螺旋形波导增强了基体材料的波散射,降低了基础构型的群速度和Bragg散射型带隙;基体材料的波散射耦合了局域共振模态,产生了耦合带隙并大幅增强了波衰减能力。（3）高可拉伸性的穿孔板型拉胀机械超材料设计与力学性能分析。针对低孔隙率拉胀机械超材料的结构强度较低的问题,结合反手性旋转正方系统与内凹结构的变形机制,提出了一种基于组合变形模式的高可拉伸性的穿孔板型拉胀机械超材料的微结构新构型。揭示了几何参数对等效泊松比和带隙的影响规律,以及孔洞旋转构造的两种孔洞布局对等效材料参数的影响规律并阐述了影响机理;通过对比所提孔型与常用孔型的拉伸应力应变响应,研究了孔型对结构可拉伸性与拉伸强度的影响,通过分析拉伸变形模式阐明了其高可拉伸性的产生机制,实验验证了新构型的超材料具有较高的可拉伸性和拉伸强度。研究表明:负泊松比的绝对值和相对带宽均随弦长的增大而增大;相对较长的韧带缓解了孔洞端部的应力集中,内凹孔型的拉平-弯曲-拉伸的特殊变形模式使弹性变形阶段变长。（4）低频宽带的机械超结构设计与波传播特性分析。为实现连续的宽频以及超低频弹性波衰减,提出了分别基于序列组合和参数梯度的低频宽带机械超结构设计。以某几何参数变化的双机制协同的超材料为基础单胞,研究了双参数单胞交替排布、Thue-Morse序列和参数梯度的准周期超结构的波传播特性,揭示了三种准周期超结构设计方式对波衰减频域叠加效果的影响规律。并在此基础上,通过优化参数配置,分别针对中频段和低频段提出了低频宽带的机械超结构设计并实验验证了其波衰减效果。研究表明:Thue-Morse序列的双列设计使之更容易发挥出原本的波衰减能力;准周期超结构设计需要同时考虑带隙频率范围和透射率才能保证设计结果的可靠性。