作为一种新颖、独特的超材料结构,负泊松比结构受到了广泛关注。近年来,三维有序负泊松比结构已成为负泊松比结构研究领域的热点。但通常其构型复杂难制备且刚度相对较低。因此制备工艺的研究和结构刚度的提升是三维有序负泊松比结构研究的关键课题。以高性能纤维增强复合材料为母材制备三维有序负泊松比结构具有提高其比刚度、比强度性能的潜力,但目前相关研究鲜有报道。本文提出了制备三维内凹负泊松比结构的嵌锁组装工艺和制备三维双箭头型负泊松比结构的堆叠组装工艺,设计并成功制备了金属和复合材料三维内凹负泊松比结构以及复合材料三维双箭头型负泊松比结构。在实现结构制备的基础上,通过试验表征、数值模拟和理论分析等方法研究结构的变形、泊松比以及压缩模量等性质,为三维有序负泊松比结构的设计、制备和应用提供参考。主要研究内容包括:首先,提出了制备三维内凹负泊松比结构的嵌锁组装工艺,实现了非增材制造工艺的三维负泊松比结构制备。基于该嵌锁组装工艺,成功制备了一系列母材为金属(304不锈钢)的试验样件。采用单轴压缩试验测试了试样的泊松比和等效压缩模量。同时采用有限元数值仿真方法研究了结构几何参数(包括杆件的横截面尺寸以及竖直杆与倾斜杆长度比等)对三维内凹负泊松比结构力学性能的影响。结果表明,结构泊松比对内凹角的依赖关系为抛物线型的而非单调的;随着杆件变粗,结构泊松比的绝对值逐渐减小直到其失去负泊松比性质。结构的等效压缩模量随内凹角的增大而逐渐减小,随杆件的变粗及竖直杆长度的增加而逐渐增大。与内凹角和杆件厚度相比,竖直杆与倾斜杆的长度比对结构力学性能影响较小。其次,建立了三维内凹负泊松比结构的理论分析模型,研究其在各主方向上的泊松比和等效压缩刚度。为了使理论模型适用于杆件相对短粗的情况,模型中考虑了竖直杆与倾斜杆重合对杆件有效变形长度的影响,另外还考虑了现有文献中忽略的杆件轴向拉伸或压缩对结构变形的影响。在理论模型中,考虑了引起结构变形的四种机制,包括倾斜杆的弯曲、剪切、轴向作用以及竖直杆的轴向作用。通过与有限元和试验结果相对比,验证了理论分析模型的正确性。随后,讨论了结构在单轴压缩载荷作用下变形机制随杆件长细比和内凹角的变化规律,并分析了结构在各主方向的泊松比和等效压缩模量与几何参数之间的关系。结果表明,当杆件足够细长时,作用在倾斜杆上的弯矩对结构的变形其主导作用而其他变形机制可以忽略。当杆件相对短粗时,所有变形机制均不可忽略。当杆件相对短粗时,在文献中经常被忽略的作用在倾斜杆上的轴力所引起的变形甚至对结构横向泊松比变化起主导作用。然后,将嵌锁组装工艺拓展至复合材料负泊松比结构制备中,成功制备了碳纤维增强环氧树脂基复合材料三维内凹负泊松比结构。并对试验试样进行了单轴压缩试验,验证碳纤维增强环氧树脂基复合材料三维内凹结构的负泊松比性质。另外,采用有限元仿真研究了内凹角的变化对复合材料三维内凹结构的泊松比和等效压缩模量的影响。结果表明,复合材料三维内凹负泊松比结构的负泊松比性质要比相同构型的金属结构更加显著。复合材料三维内凹负泊松比结构的比刚度在内凹角相对较大时与金属结构的比刚度相当,在内凹角较小时高于金属结构的比刚度。最后,提出了制备纤维增强复合材料三维双箭头型负泊松比结构的堆叠组装方法。利用该方法,成功制备了一系列复合材料三维双箭头结构试样,并采用单轴压缩试验对结构的负泊松比性能进行了试验研究。为了进一步研究结构的负泊松比响应,采用有限元仿真和理论分析研究了结构的变形特征。给出了结构几何参数对结构泊松比性质和等效压缩模量的影响。结果表明,三维双箭头结构在其弹性段内表现出非线性特性,随着压缩应变的增大,结构的等效压缩模量增大且其负泊松比性质更加显著。碳纤维增强环氧树脂基复合材料三维双箭头型结构的比刚度明显高于金属三维双箭头型结构的比刚度。