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负泊松比蜂窝作为一种机械超材料,拥有强度和韧性可控的特点,除了在航空航天和建筑等领域发挥着重要作用,还可作为生物支架应用到医学领域。众所周知,负泊松比对蜂窝力学性能的影响很大,但目前针对具有凸凹特征的负泊松比桁架蜂窝的研究很少,因此,积极开发与研究新型蜂窝具有重要意义。本文利用内凹特征设计了一种新型负泊松比蜂窝结构,并通过设置弯曲参数h获得了三种凸凹蜂窝结构CCF1、CCF2和CCF3,此外采取传统开孔蜂窝COF0与之对照。使用3D打印技术使四种蜂窝结构加工成型。打印过程使用了两种高分子材料(Vero White Plus和尼龙12)。随后分别对对它们展开了静态压缩实验和低周疲劳实验。使用ABAQUS仿真软件对四种蜂窝结构进行了强度计算,结果表明,传统开孔蜂窝COF0的刚度最大,凸凹蜂窝CCF1、CCF2和CCF3的刚度依次减小。研究还发现,COF0蜂窝的泊松比接近于零,而凸凹蜂窝CCF1、CCF2和CCF3的负泊松比分别等于-0.12,-0.30和-0.35。通过Vero White Plus蜂窝静态压缩实验结果可知,传统型蜂窝COF0具有较大的脆断倾向,容易发生屈曲破坏,而凸凹蜂窝CCF1、CCF2和CCF3因负泊松比内凹设计吸收应变能的能力得到增强,并且内凹蜂窝的变形以弯曲变形为主。塑性损伤本构模型较好得描述了Vero White Plus的力学模型,四种蜂窝的损伤结果表明,传统蜂窝COF0的抗损伤能力最低,内凹蜂窝CCF1~CCF3随负泊松比的增大,抗损伤性能逐渐增强。通过桁架截面损伤与其断口比较,表明蜂窝结构在拉伸损伤处起裂,且初始损伤越小,蜂窝的断裂韧性相对越高。由尼龙12蜂窝结构的低周疲劳实验结果可知,Coffin-Manson公式能够较好地预测应变幅度与寿命之间的关系,并且根据实验结果拟合可知,较高的负泊松比虽然降低了强度,但增加了蜂窝的疲劳延性系数。此外,在循环过程中,负泊松比的蜂窝材料的弹性模量的稳定性得到了增强,而累积塑性变形却在增加。