皮肤是人体最大的组织器官,对皮肤力学性能的深入研究将推动力学、生命科学、仿生机器人、心理认知等学科的快速发展。本文针对活体皮肤力学性能的原位测量方法开展了相关研究工作,分别用鼓膜法和改进的压痕法系统地研究了测量活体皮肤超弹性、各向异性力学性能的实验方法。对于活体皮肤力学性能的原位测量,常规的拉伸等实验方法已经不再适用,而鼓膜法对此问题显现出了较好的应用前景,其原理是圆形平膜侧向受压起鼓时中间极点的变形处于等量双向拉伸状态,可以说鼓膜法是另一种形式的等双轴拉伸实验方法。本文利用仿皮肤超弹性的乳胶膜片开展了鼓膜法原位测量力学性能的实验研究,其中假设以极点为中心的圆形邻域内的变形为等双轴均匀变形,并且该区域内的构形为球形。为了验证该方法的可靠性,本文利用相同材料开展了单轴拉伸和平面拉伸两种材料力学性能的表征实验。在此研究基础上,本文根据能量变分原理建立了鼓膜法力学模型的控制方程,并且采用Gent模型和GG模型分别给出了鼓膜实验的数值预测结果,结果表明了GG模型的预测结果与实验测量结果能够完美匹配,既说明数值方法的正确性,也显示了GG模型较Gent模型的优越性,同时证明了鼓膜实验结果的可靠性。基于GG模型的数值解,本文对实验测量中采用的变形假设进行了误差分析。该研究工作为鼓膜法测量皮肤超弹性力学性能提供了理论支撑和技术指导。此外,皮肤呈现了纤维增强各向异性的力学特征,而常规的压痕法只适用于测量各向同性材料的刚度和硬度,其仅有的接触力和接触位移实验数据限制了该方法在各向异性等复杂材料领域的发展和应用。为此,本文将球形压头法向作用于半无限弹性体上的解析模型从各向同性材料扩展到各向异性材料,其中考虑了接触边界精确几何关系及其近似形式,并给出了接触力与压入深度的关系式。此外,各向异性压痕理论中的接触区域不再是圆形而是椭圆形,其离心率与各向异性材料参数有关。为了验证该理论的合理性,本文利用有限元软件进行了仿真模拟,经过对比,理论预测结果与有限元模拟结果基本一致,并且压入深度越小,相对误差越小,说明该理论模型适用于压痕的小变形范围。本文在人体前臂内侧皮肤上开展了活体皮肤的压痕实验,为了得到压痕过程中的接触图像,本文自主研发了特殊光学系统。根据皮肤的力学特征选择合理的材料模型,其中考虑了皮肤的可压缩性、纤维增强各向异性及其拉伸硬化特征。将皮肤材料模型应用于各向异性压痕理论后,对应的压痕解析表达式更加具体。利用接触力与接触位移的关系曲线和接触区域离心率,确定了皮肤材料模型的有关参数,此外为了测量皮肤的拉伸硬化特性,在相同位置同样开展了皮肤的拉伸预变形状态下的透明压痕实验。