负泊松比超材料良好的力学特性以及负热膨胀超材料优良的形状稳定性在航空领域和传感器具有广泛的应用前景,已成为了国内外的研究热点。目前,关于超材料胞元结构创新设计方面,在既保证不减弱结构刚度的前提下,具有负泊松比效应增强型结构的研究相对较少。负热膨胀超材料的研究主要集中在材料成分的调控,基于负泊松比负热膨胀超材料设计的文献鲜有报道。本文基于传统星型结构,设计了三种二维增强型星型结构,进一步拓展并提出了三种三维增强型星型结构,结合双材料热调控设计方法提出了一种新型可调泊松比和热膨胀的超材料,采用有限元和实验的方法研究了新型结构的等效力学性能。主要内容包括:首先,基于传统星型结构,设计了三种二维增强型星型结构。采用有限元方法研究了三种新型结构的等效泊松比、等效杨氏模量和相对密度随几何参数的变化规律,并结合压缩实验验证了有限元结果的正确性。结果表明,对比传统星型结构,二维增强型结构不仅可有效减小等效泊松比,还能适当提高结构的等效杨氏模量。其次,基于提出的二维增强型星型结构建立了面内冲击有限元数值模型,研究了三种增强型星型结构的动力学响应特性。探究了冲击速度对结构的宏观变形模式和平台应力的影响,还研究了结构吸能效应随厚度、角度和速度的变化规律。通过与传统星型结构的对比结果可知,二维增强型结构的吸能特性有明显提高。然后,借鉴二维增强型结构的设计思路,提出了三种三维增强型星型结构。基于均匀化理论对结构设定周期性边界条件,通过有限元仿真和压缩实验的方法研究了结构的有效长度,胞壁厚度比和外胞壁夹角对等效泊松比、等效杨氏模量和相对密度的影响。结果表明,三维增强型结构的负泊松比效应明显增强,其等效杨氏模量也有所提高。最后,基于设计的三维增强型负泊松比结构,采用双材料热调控方法设计了一种可调泊松比和可调热膨胀的新型三维结构。采用有限元仿真研究了结构几何参数和材料组合对结构的等效泊松比、等效杨氏模量、等效剪切模量以及结构的等效热膨胀系数的影响。结果可知,通过改变结构参数和材料组合可实现对结构的泊松比和热膨胀系数的调控。对比现有的星型结构可以看出,选择合适的参数时可小幅增强抗压缩刚度的同时,能明显增强结构的负泊松比效应。