凝胶是一种特殊的分散体系，其中胶体颗粒或高聚物分子互相联结，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)。凝胶体是一种在生物医药上应用广泛的非金属复合材料，是一类化学性能稳定，具有良好的生物相容性的材料。胶体材料因具有与生物组织良好的相容性，耐腐蚀，无毒副作用而受到人们的普遍关注，是近年来研究较多且进展较快的领域。高分子凝胶可响应温度、pH值、电场或化学物质的变化而发生溶胀或收缩，凝胶的这种刺激响应性也常被研究人员喻为“智能性”。在过去10年里，全世界众多研究者们对刺激响应性凝胶进行了广泛的研究，希望能研制出与金属、陶瓷、玻璃等硬材完全不同的可‘智能化’的响应环境，且具有自我感知、自我调控能力的软“湿件”。但是由于水凝胶极弱的力学性能，将其应用于智能器件似乎还有很长的路要走。正是鉴于这种情况，我们就开始对水凝胶体材料的力学和化学性能进行分析以期待可以提高它的力-化性能。根据材料实际特性有目的地改变周围的响应条件，以预测材料的有效性能，这对指导材料的生产实践具有重要意义。因此，需要研究细观结构与宏观结构之间的关系，研究水凝胶材料性能的理论和方法。 本文主要研究的内容为： (1)介绍了材料在化、力、电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，推出非稳定场下变形情况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)计算理论建立在以前的研究中很多是利用热力学第二不等式和化学场中的浓度扩散理论作为基本方程，然后给出了力-化耦合场作用下材料的控制方程及有限元形式，最后导出了生物材料的化-力耦合有限元方程利用加权余值法进行求解，在这里是通过力，化知识得到偏微分方程表达形式，在分析过程中考虑了离子的扩散和pH值的响应。 (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。