负压缩特性是超材料中较晚发现和研究的一种非凡材料特性。不同于一般材料在静水压力下沿各个方向收缩,负压缩性材料在静水压的作用下反而会沿某一方向或某几个方向出现尺寸增大。尽管已经提出并分析了很多不同结构,但负压缩性材料的发展依然存在很多限制,比如大部分负压缩结构只在二维平面进行研究。将三维模型简化成二维平面结构研究则会造成实验结果与理论模型之间的偏差。对三维模型的负压缩性还只有有限研究,构造具有负压缩性的三维结构模型的方法也很有限。现有三维结构不仅数量少、结构也十分复杂。由此可见对三维负压缩性结构的研究依然具有较大的研究意义与发展空间。针对存在的问题,我们试图找到一种更有效的方法来设计具有明显负压缩性的三维结构。本文用平面铰接六边形桁架机制来制作三维模型,提出了三个用相同建模思路设计的模型,推导并分析了压缩性等力学性能的表达式。通过分析比较这三个模型,探究了影响结构负压缩性的因素。并且对模型做了进一步的有限元仿真分析及实验验证。具体研究工作由以下三个部分组成:1.本文基于平面铰接六边形桁架机制设计讨论了三个三维模型,这三个模型都是由铰接六边形桁架机制通过正交排布构造的。通过传统力学法及能量法计算推导出三个模型的负压缩性数学表达式,并运用MATLAB软件绘制出了三个模型的压缩性能曲线图,通过对公式以及曲线图的分析及对比分析,发现h/l值与θ值可较大影响模型的负压缩性大小。除此之外,本文创造性的证明了用二维平面结构设计三维模型是可行的,并创新性的发现二维单元结构的不同布局方向与三维框架结构的排布对三维模型的负压缩性具有很大影响。2.选取具有更大负压缩性的模型二作进一步分析验证。通过ANSYS软件Workbench模块对模型二的15个有限元模型进行建模分析,得出模型在三个方向受力的三向形变值,并运用公式计算得出对应的弹性模量值与泊松比值,进一步推导出了对应模型的压缩性结果。利用MATLAB软件绘制其理论与仿真结果曲线图,经对比分析,发现有限元模型虽存在误差,但误差较小,变化趋势一致,证明了理论模型的正确性。3.通过机械法对模型二的5个试件进行实验测量,得到了试件的三向位移量实验结果。进而由计算出的弹性模量与泊松比实验结果推导出了相应的线压缩性结果。由实验结果绘制出了弹性模量、泊松比、线压缩性与角θ的关系曲线,通过与仿真结果的对比,我们发现虽然实验结果存在误差,但是误差较小,且曲线趋势相同,可以验证其仿真计算和理论推导具有准确性。