纤维交联网络通常是指纤维之间通过物理或化学作用相互交联形成的三维网络结构,这种结构广泛存在于天然和人造材料中。本文研究的肌动蛋白纤维交联网络是一类典型的纤维交联网络,它广泛存在于细胞骨架和生物凝胶等生命系统中。肌动蛋白纤维交联网络中交联蛋白的结合能量较低,其解离和重连过程容易受到网络结构变形和周围热波动等因素的影响。实验表明这种纤维交联网络在小变形时刚度较低(约1 Pa),但随着变形的增加,网络整体刚度会呈现数量级的增加,如果变形继续增加并超过一定阈值,网络刚度将急剧下降,这种力学现象称为应变硬化到软化(strain stiffening to softening)。已有理论模型和数值模拟发现,纤维交联网络的硬化主要来源于纤维变形模式从弯曲到伸长的转化,而软化则是由于网络中交联蛋白解离导致的结构弱化和应力松弛。本文建立了纤维交联网络模型,采用有限元与随机过程耦合的计算方法,研究了纤维交联网络从硬化到软化的力学行为及其微观机制,将网络的宏观动力学响应与纤维大变形、交联蛋白失效与重建等微观机制进行了连接。交联蛋白在微观上解离和重连的两个特征时间尺度,与网络结构承受的宏观剪切速率之间相互竞争,从而造成纤维交联网络非线性、率相关的动力学响应。我们还重点关注了交联蛋白的重连作用对网络硬化、软化、强度的定量影响,相关模拟结果表明,当纤维交联网络经受循环加载或卸载时,交联蛋白重连对网络强度修复起决定性作用。