剪纸结构具有较强的形态变化能力,能够用于性能可调控的超材料设计,因而受到科学界和工程界的广泛关注。与基于折纸结构的超材料不同,剪纸结构裁剪口的存在使其具有更强的变形能力,能实现从二维平面构型到三维立体构型的转换,构造各种复杂精美的曲面形态,因而能用于新型的剪纸超材料设计。基于剪纸技术,本文从旋转直立系统出发,设计了两种双稳态剪纸构型——旋转直立可恢复构型与旋转直立自锁构型,通过理论分析和有限元仿真对剪纸拓扑构型的力学性能进行了研究。为了实现剪纸结构的可编程和可重构表面设计,基于屈曲诱导成形原理,提出了一种新颖的剪纸构型主动成形和恢复方法。同时为了增强可编程和可重构能力,研究了水平阵列组合构型和竖向阵列组合构型的力学性能。本文的主要工作如下:1)对所设计的两种剪纸构型进行了三维空间运动过程的理论分析。基于杆系模型,利用剪纸构型中指定杆件长度的变化来衡量构型运动过程中的能量变化,理论推导了存在双稳态以及自锁特性的几何条件;通过参数分析给出了具有双稳态和自锁特性的构型设计方法;利用有限元仿真验证理论分析的正确性,理论分析与仿真模拟结果匹配良好。2)利用屈曲诱导成形的原理,提出了一种新颖简便的剪纸构型主动成形和恢复方法;通过参数分析,给出了构型经面内拉伸屈曲后能够实现面外主动成形的拉伸方向范围,并得到了构型成形和恢复所需要的荷载大小;随后将单个剪纸构型的主动成形方法进一步推广,用于实现一维以及二维阵列构型的整体表面成形,为建立剪纸结构的可编程和可重构表面设计开辟了一条新颖的道路。3)以阵列组合构型为研究对象,发现经水平阵列后的两种剪纸构型其稳态的变换对水平刚度基本无影响;通过计算竖向多层组合结构中单层结构成形及恢复所需的荷载,设计了竖向阵列组合结构的压缩路径,使其能够从三维稳态按照规划路径自下而上逐层恢复至平面稳态。4)设计了竖向多层阵列旋转直立自锁构型,其能在保持自锁特性的同时,在有限的空间内实现较大的高度与优良的稳定性;设计了具有强大可变构能力的四层旋转直立自锁构型,对不同状态下的四个构型进行竖向阵列,能得到39种不同的四层组合构型,总计15种不同的高度。