超材料是現代科學技術領域中一個獨特的研究方向，因其獨特的性質和廣泛的應用潛力而受到全球研究人員的關注。其中，機械超材料[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8]憑借其巧妙的人工設計和制造工藝、特殊的微觀結構以及機械性能，在強度、剛度[9],[10],[11],[12],[13]、能量吸收與儲存[14],[15],[16],[17]等方面展現了超越傳統材料的優異性能。

負泊松比（NPR）材料是一種機械超材料，其在受壓時表現出反直覺的收縮現象，這一特性主要源于其特殊的微觀結構設計，如多孔結構[19]、周期性排列的晶格[20],[21],[22]以及人工手性結構[23]。這些設計能夠改變材料內部的力傳遞路徑和分布模式，從而在受力時產生與傳統材料不同的變形方式，賦予其一系列優越的性能，例如優異的能量吸收[24]和抗沖擊性[26]。呂等人[26]利用Voronoi鑲嵌技術設計了具有NPR特性的各向同性泡沫芯，其抗沖擊性能比傳統內凹結構的復合夾層板提高了約1.5倍。姚等人[21]通過模仿金紅石晶體的菱形鏈結構并加入彈性梁，設計了具有NPR和負壓縮性的超材料。一些這類創新結構是基于內凹結構理論[27],[28],[29],[30],[31]設計的，而另一些則借助拓撲優化[32]或深度學習[33]等方法實現。然而，雖然內凹結構和內部凹陷等設計可以使材料獲得NPR特性，但內部結構的協同效應會導致結構強度降低。為了解決NPR材料強度不足的問題，學者們進行了大量研究。崔等人[34]指出，通過調整正弦形單元格的弦高與邊長的比例，可以同時調節曲線凹面泡沫（CCF）的NPR、能量吸收和損傷特性。與相同質量的常規開孔泡沫（COF）相比，合理設計的CCF結合了較高的剛度和強度、更強的能量吸收能力以及更好的抗損傷性能。任等人[35]提出了一種具有嵌入式沙漏結構的高壓縮NPR材料，其NPR比三維內凹結構高出16.74%，壓縮承載能力比受牽牛花啟發的晶格結構（MGS）高出55.21%。劉等人[36]將碳纖維增強尼龍材料（Nylon 12CF）與內凹六邊形蜂窩芯結合，實現了高比強度、高比能量吸收（SEA）和優異的抗沖擊性，同時保持了材料的NPR特性。呂等人[37]將三軸正交壓縮與常見晶格結合，建立了一種從高強度晶格到NPR結構的兩步建模方法，突破了傳統內凹或旋轉機制NPR材料低比強度的瓶頸，設計出的NPR結構比三維星形NPR結構的比強度高出1.5倍。然而，該方法仍存在局限性：只有當Maxwell數M≤0的單元格作為初始模型時才能通過該方法實現NPR。

可以看出，為了提高NPR結構的強度，修改內凹結構的設計并引入增強纖維或高強度晶格是可行的方法。然而，上述大多數研究僅針對特定結構進行了探討，或將材料僅作為夾層材料使用，缺乏獲得獨立NPR材料的通用設計方法。此外，這些研究大多關注材料的單一性能，未能充分考慮NPR材料的多種特性。因此，同時具備高強度和高能量吸收特性的NPR材料的研究仍有待發展。基于三維晶格結構的超材料在輕量化、剛度[38]、強度[39]和能量吸收[40],[41],[42],[43]方面表現出優異性能。提出一種基于輕量化高強度晶格結構的設計方法，同時實現高比強度和高SEA是一個有趣的研究方向。通過正交三軸壓縮可以局部彎曲晶格結構，從而獲得一定的NPR效應。當壓縮程度較大時，結構內部的自接觸效應[44],[45],[46]會減弱NPR效應，尤其是在以拉伸為主導的晶格中[47]。因此，通過隨機移除晶格結構中的一些桿件來預先制造初始缺陷，可以減弱結構的自接觸效應。這種方法避免了傳統的隨機設計和陣列設計方法，大大節省了初始設計時間。此外，它解決了傳統方法設計的NPR材料比強度低的問題，實現了NPR、高比強度和高SEA的協同增強。

本文采用隨機缺陷作為誘導機制，首先從結構中隨機移除一些桿件，然后結合正交各向異性三軸壓縮方法，探索了一種基于輕量化高強度晶格結構的NPR結構設計方法。該方法打破了傳統的NPR結構設計方法，后者側重于先設計NPR單元格再配置陣列。它消除了設計NPR單元格所需的大量工作，并在一定程度上解決了比強度低的問題，從而在輕量化高強度晶格結構中實現了NPR、高比強度和高SEA的協同增強。通過單軸壓縮有限元模擬和實驗計算了晶格結構的泊松比、比強度和SEA，分析了誘導比率和壓縮比率的影響，并通過實驗與NPR三維RSS結構進行了性能對比。