细胞力学研究的重点之一是复杂的蛋白质纤维网络结构系统——细胞骨架。以细胞骨架网络的微观动态结构为基础,探索细胞骨架网络复杂的多态性微观结构的形成过程和形成原理,揭示其中所包含的动态反馈行为及力学性能,建立并完善力学模型,这些研究对于及时诊断疾病以及获得行之有效的针对性治疗,甚至是解决分子层次上难以攻克的生物学课题具有至关重要的意义。细胞骨架是柔性结构,找形模型是以柔性结构设计中的找形分析方法为基础建立的细胞骨架力学模型。本文采用向量式有限元分析方法,计算分析了细胞骨架的三维找形模型,研究了细胞骨架的相关力学特性。向量式有限元分析方法为细胞骨架力学模型的非线性分析提供了一种新的方法和手段。为了完善细胞骨架找形模型,本文基于向量式有限元法,将找形模型拓展到三维空间的层次,同时考虑细胞骨架中重要组成部分的变形性能。在找形模型中,通过随机模拟的方式生成单元构件,以真实的实验数据作为单元参数,这样模型输入的信息可以保证真实性和自然性;然后考虑到传统有限元分析在研究三维模型这种更加复杂的情况中的局限性,本文采用向量式有限元进行分析;接下来通过找形分析的方法,确定模型的最终几何形状以及应力分布,这样就获得了趋于真实自然状态下的细胞骨架找形模型的三维结构。本文通过计算分析三维找形模型,不但研究了细胞骨架的刚度,而且研究了细胞骨架中主要组成部分的变形性能,对于深入研究细胞骨架的力学模型具有深刻的意义。本文研究内容主要有以下几个方面:1)在找形模型平面结构的基础上,通过向量式有限元,完成三维找形模型的计算分析工作。找形模型的合适尺寸和样本大小等沿用平面模型的已知参数。利用三维找形模型研究细胞骨架网络系统的力学特性,计算模型的杨氏模量,并将结果与实验数据进行比较,验证找形模型模拟细胞骨架的可行性和适用性。2)通过三维找形模型研究细胞骨架中的主要组成部分对细胞刚度的影响。对找形模型进行拉伸分析可以得到模型的杨氏模量。在三维找形模型中分别改变微丝的相对含量和计算高度这两类参数,分析模型杨氏模量的变化曲线,研究两类参数对细胞刚度的影响。3)通过三维找形模型,研究细胞骨架在单向拉伸作用下的力学行为。模型在拉伸作用下,细胞骨架主要组成成分产生的轴向应变能和弯曲应变能可以用来反映仿射变形以及非仿射变形。通过改变微丝的相对含量和计算高度这两类参数,分析蛋白质纤维变形的变化趋势,以此来研究两类参数对变形性能的影响。4)从仿生学的角度来讲,细胞骨架模型对于空间结构的研究具有一定的借鉴意义。本文简要介绍了仿生学在空间结构中的研究现状,简要总结了细胞骨架模型给仿生学在空间结构工程中的应用所带来的启发。