作为良好的骨替代材料多级孔羟基磷灰石生物陶瓷,在使用过程中承受复杂载荷,研究生物陶瓷支架材料的力学性能对提高其使用安全性,扩大其使用范围至关重要。在细观层次上,多孔生物陶瓷在不同尺度上呈现为不同量级的多级多孔结构,该结构从生物学角度可以起到很好的功能放大作用,但其多级孔结构在不同尺度上对材料力学性能产生影响。并且在制备过程中,由于工艺等原因易产生裂纹,裂纹与孔的相互作用也极大影响了材料的承载能力。因此,研究多级孔生物陶瓷有效模量及断裂问题具有理论意义和应用价值。本文主要完成以下研究工作:1.在细观层次上,基于均匀化理论将二尺度渐近展开法与有限元法结合,详细讨论周期性边界条件,宏观应变的施加方法。通过计算纤维增强复合材料的有效性能对本文的实施方法进行验证,证明结果有效性。2.对多孔生物陶瓷的多级孔细观结构进行研究,建立不同孔隙率及排布形式的细观孔道代表体积单元,计算材料有效模量,总结相关规律,根据力学性能要求、孔隙率要求,评价和指导多孔生物陶瓷的多级孔细观结构设计。3.以断裂力学基本理论为基础,根据扩展有限元基本原理,选取最大主应力和能量释放率作为裂纹起裂和扩展的准则,以ABAQUS有限元软件为平台,对不同孔隙率含裂纹多孔生物陶瓷进行研究,预测不同孔隙率下裂纹扩展路径,临界载荷等。考虑多孔生物陶瓷植入人体后与体液、骨细胞相互作用情况,研究孔内压对裂纹扩展路径的影响。最后对增韧的多孔生物陶瓷进行研究,结果表明断裂韧性的增加对材料承载能力有显著提高,对材料的增韧可以扩大生物陶瓷的使用范围。本文在两个尺度上分别对多级孔生物陶瓷力学行为进行研究,并建立了两个尺度之间的联系。通过本文的研究方法,可以更真实的模拟多级孔生物陶瓷不同尺度上的力学行为,进而更好的对多级孔生物陶瓷整体结构进行设计。