生物组织、生物凝胶体等生物材料作为特殊的多孔介质,具有导电性、膨胀性和高分子兼容性。这类多孔介质不仅发生力学过程,在很多情况下还同时存在其他复杂的物理过程、化学过程和生物学过程,而且这些过程往往是相互影响和互为制约的。为了揭示生物材料多物理场的相互作用机理,本文研究生物材料的热-电-化-力学多场耦合效应。本文的主要研究工作为: (1) 介绍了材料在热、电、力的载荷单独作用下的基本理论,利用变分原理,得到有限元求解形式。通过离子的对流-扩散方程,推出稳定场和非稳定场情况下的基本方程和边界条件,并由加权余值法得到了相应的有限元形式。(2) 从Gibbs 能量角度出发,在考虑热耗散和化学耗散的情况,给出了耦合场作用下材料的控制方程:热-力耦合方程、力-电耦合方程、力-化耦合方程。然后给出了热-电-力三场耦合作用下材料的有限元形式,最后将化学场引入到热-电-力三场耦合理论中,导出了生物材料的热-电-力-化四场全耦合有限元方程。(3) 根据已经得到的力-化耦合问题的有限元方程,实现了力-化耦合过程的数值模拟,得到了相应的数值结果数值结果表明了本文理论的正确性和有效性通过本文的研究工作,初步建立了生物组织、生物凝胶体等生物材料的多场耦合理论及其有限元分析方法。数值例题展示了生物材料中的多物理耦合现象。本文的理论和方法可应用于其他多孔介质的多场耦合分析。