具有特定几何特征的负泊松比二维网格结构,称为拉胀超材料,即拉伸将引起结构在横向上的膨胀。本文中,我们设计了一种拉胀超材料,利用构成材料的形状记忆效应,可以对面内模量和泊松比重复调控。变形时,弯曲的网格确保其在结点处发生旋转变形以实现拉胀效果。这些结点的旋转变形由网格的曲率控制,网格的曲率在变形过程中会不断变化。由于形状记忆效应,可以对打印后的网格曲率进行编程和恢复,从而进一步用于调整网格节点的旋转变形和拉胀超材料结构的力学性能,包括泊松比,模量和断裂应变。另外,利用有限元模拟分析了这些拉胀网格的变形。最后,我们设计并制作了渐变/数字模型和圆柱壳模型,并使用聚乳酸的形状记忆效应来重新调节结构形状。本文第三章,主要介绍了二维网格结构的几何模型设计和有限元模拟方法,通过有限元模拟证实了网格及单元的拉胀变形。我们设计了一种由结点旋转诱发拉胀特性的超结构单元。采用粘弹性模型来模拟聚乳酸的热机械行为,通过热-力学性能测试结果校核了聚乳酸的模型参数,并在有限元模拟中采用了同实验相同的热-力加载条件。有限元模拟结果揭示了这种网格结构在拉伸和压缩状态下的变形特点,证明了其具有显著的拉胀特性。本文第四章,主要通过单轴拉伸实验及有限元模拟研究了不同曲率的均匀网格、预编程网格和非均匀数字网格的拉伸变形,进而从实验和模拟两个方面证实了聚乳酸的形状记忆效应可用于调控面内模量和泊松比。针对未编程试样,利用单轴拉伸实验和模拟对比分析了网格弹性模量和泊松比受其曲率的影响规律。针对编程后试样,研究了编程应变对面内模量和泊松比的调控作用。基于以上结果,我们设计了非均匀数字网格,实验和模拟结果表明非均匀网格可以实现复杂的非均匀面内变形场,可以用于调控面内展开形式。本文第五章,我们利用这种拉胀超材料制备了圆柱壳体,通过实验和模拟分析了圆柱壳体在拉伸/压缩变形后所具有的橄榄球形/马鞍状变形模式。基于面内变形的研究结果,进一步设计了两种非均匀数字圆柱壳体,对比了非均匀单元排列对面外变形的影响,证明了非均匀数字圆柱壳体可以通过拉胀单元的非协调膨胀实现面外屈曲。研究结果为复杂三维壳体的低成本、快捷制造提供了有效途径。