在工程建设中,利用最多最常见的就是混凝土,但是混凝土在温度变化过程中产生膨胀变形受到内部或外部的约束会产生很大的应力,一旦超过混凝土自身承载极限就会产生裂缝,威胁工程安全,而维护返修费用极高且工序繁琐,所以找到对温度变化不敏感的材料或者能够实现负热膨胀的结构就显得尤为重要。目前对新型负热膨胀超材料的研究主要是通过改进前人的结构或者设计出新的单元结构,通过周期性排列实现负热膨胀性能,本文从Hoberman玩具球中得到启发设计出了Hoberman超材料单元晶胞结构,通过周期性排列实现了负热膨胀性能,为负热膨胀超材料数据库增添了新的研究方向,结合增材制造可将此结构应用到3D打印混凝土施工中,不仅能降低混凝土的热膨胀性能,而且在溢流堰面、导流隧洞进出口段、水电站尾水管段等多个具有特殊形式结构的制作中节省模板,对工程建设实现快速、经济、安全及环保的目标有重大意义。在航空航天、民用、生物医学、光学和半导体应用等领域都具有重要意义,并且课题组已经验证了Hoberman结构还能够产生低频的声子带隙,在减振降噪及声波控制等方面都具有很大的应用前景。Hoberman超材料的基本结构是由双材料制成,三角形底边由高热膨胀系数材料制成,两腰由低热膨胀系数材料制成,两个三角形共用同一底边形成菱形,当结构受热时,三角形底边的高降低,导致菱形单元变尖从而使整个环装单元晶胞整体向内收缩,整个环变小,达到负热膨胀的效果。本文通过试验、理论分析与数值验证三种方式对Hoberman超材料单元晶胞的负热膨胀性能进行了研究。（1）在实验中,首先对不同体积分数的乌酸锆/光敏树脂的复合材料进行了线膨胀系数的测量,结果发现随着乌酸锆体积分数的增加线膨胀系数逐渐减小,直到体积分数为20%时基本不再变化;然后以纯光敏树脂与体积分数为20%的乌酸锆/光敏树脂复合材料为原料制作Hoberman单元晶胞结构,通过对其热膨胀系数的测量我们发现Hoberman结构大大降低了热膨胀系数,但是没有显示出负热膨胀的效果,其中可能是因为手工制作试件不可避免的刷不均匀,试件层与层之间有的地方在固化的时候有小部分气孔,在手工脱模的时候也对试件多少造成了小部分的损伤所造成的。（2）在理论分析中,我们将结构简化为梁单元和三角形刚性框架,根据结构力学的知识,通过位移法计算出单元刚度矩阵,然后转换成整体坐标,施加热荷载的边界条件计算出本构模型,最后算得热膨胀系数为-3.2×10^-5℃^-1;（3）在数值验证中,通过ANSYS进行有限元的模拟,从数值模拟的结果中可以看到很明显的负热膨胀现象,这与理论分析结果相吻合。通过建立理论模型、实验、数值分析三者相互验证,实验结果显示环装单元晶胞结构的热膨胀系数远小于两种材料本身的热膨胀系数,理论计算与数值分析都证明了Hoberman结构具有负热膨胀性能。