随着现代武器装备、科研设备的飞速发展，现代战斗机的机动性能越来越强大，载人航空航天活动也越来越频繁，飞行员和宇航员会有越来越多的机会处在高加速度环境中，持续的高加速度（高G）力学环境会对人体机能产生很大影响。而学界对这种影响的研究很少，且研究材料也很难获取。因此，研究人员退而求其次，选用小动物等作为研究材料，将其置于高G力学环境中一段时间后，通过实验分析来研究高G力学环境对其身体、组织、细胞的影响。　　本文详细调研了现有离心机种类及发展趋势，综述了国内外用于生物加载的离心机研究现状，通过总结分析，研制了可以为动物、细胞加载实验提供大小可控、稳定高G力学环境的加载设备。加载机主要由底座、传动机构、转子、伺服电机、控制箱、外机壳等部分组成。设计过程中，本文对底座部分使用有限元软件进行了模态分析，避免机器工作时，底座产生共振；对多种转子结构进行了讨论，最终选用结构稳定、便于加工的矩形型钢制作转子；通过计算选择了高性价比伺服电机，选择了方便编程和使用的文本显示器与PLC作为控制模块。主要性能参数包括：转子有效旋转半径为40cm，额定G值为40G，最大G值变化率6.7G/s，可同时加载两只大鼠。加载机制作完成后，我们进行了动物加载预实验与分组实验，对加载机的加载效果进行了验证，并观察到大鼠经过不同高G力学环境加载后，身体、行动能力和生长发育都会产生变化，得出高G力学环境会对动物的行动能力和身体发育产生影响的结果。　　此外，本文设计制作的设备除了可以进行动物加载，也可以通过夹持装置为细胞提供一个高G力学环境。我们已经观察到高G加载后的成骨细胞会发生形状的变化，为了进一步研究高G环境下细胞的受力情况，我们建立了含有细胞骨架的细胞模型进行有限元分析。建模之前，本文首先对Abaqus有限元分析软件的量纲进行整理，整理出使用m、mm、μm作为长度单位的单位制，在软件中建模对各个单位制进行了验证，确定每个单位制中各个单位对应关系是正确的，可供研究人员日后建模时使用。然后，对单个细胞模型进行建模，综述了国内外现有学者建立的细胞有限元模型种类，并对其优缺点进行总结，在其基础上选择了含有细胞骨架的有限元模型。根据已有学者对细胞材料的研究，选取合适的尺寸参数、材料参数，建立细胞模型，对细胞添加不同大小的高G力，分析有无细胞骨架细胞模型受到高G力加载后，细胞形变情况，明确细胞骨架在抵抗细胞所受高G力、保持细胞形状中的作用，而且此模型可以预测高G力学环境加载实验中细胞的各种响应和变化。　　本文的工作主要是为实验室动物高G加载提供一种加载装置；进行了大鼠加载实验，分析高G力学环境对大鼠行动能力和生长发育的影响；建立了含有细胞骨架的细胞三维模型，为以后开展高G环境下细胞有限元模拟仿真工作打下了良好的基础。