声学超材料是一种具有超凡声学物理特性的人工复合材料。这些超凡的声学物理特性使得声学超材料具有宽阔的应用前景,其应用范围覆盖工业、军事、生活等各个方面。本文基于空间卷曲设计了一种三维球形超材料结构,并通过理论分析、模拟仿真和实验验证等对其声学特性进行了全面的分析研究。主要研究内容如下:基于声学超材料物理性能分析理解,设计了一种基于空间卷曲的球形超材料结构,此结构以正二十面体中的等腰四面体为基本重复单元,将该基本重复单元拓展为曲面圆锥,然后分层、通孔形成三维卷曲通道,最后形成了声学参数具有各向同性特征的超材料小球。通过三维造型软件建立该超材料小球的几何模型,并导入有限单元软件进行了一系列的理论分析和数值仿真。包括本征态分析、等效参数的提取、不同方位透射系数计算、各种功能的模拟仿真以及不同结构参数对隔声性能的影响等。为了验证理论分析和模拟仿真的正确性,对超材料小球进行了实验研究。采用阻抗管的四传声器法测试提取超材料小球的复透射系数、复反射系数以及等效参数,并将实验测量结果和模拟仿真结果进行对比分析,实验结果与数值仿真结果完美吻合。数值仿真和实验结果表明,本论文提出的三维超材料小球具有单极和偶极共振特征,在单级共振和偶极共振附近分别存在负等效体积模量和负等效质量密度,并且这一反常特性表现出三维方向的各向同性。利用所提出的结构可以实现减振降噪、声隐身和声遂穿等功能,再加上结构的可调谐性,在工程上将具有巨大应用潜力。