在漫长的进化过程中，生物体逐步和环境适应，使其结构和功能处于优化状态。生物组织的生长不仅取决于生化环境，而且还与其所处的力学环境密切相关。近年来对血管等组织的结果表明，力学参量对血管的功能和结构有重要影响。作为呼吸气体进出人体的唯一通道——气管的生理功能和力学因素同样是紧密相关的。在病理状态下，如哮喘、气管炎等，气道内的压力一般比较低，气管壁往往处于塌陷状态。对处于塌陷状态的气管，一方面，增加气流阻力，导致阻塞性通气不足；另一方面，将加大气管肌肉部分的变形，改变气管所处的力学环境，从而导致气管壁的重建。大量的临床解剖观察和X射线断层扫描实验结果显示，病理状态下，在大支气管、气管等部位存在内膜增厚、平滑肌增生、外膜结缔组织增生等现象，以及细胞蛋白丝等纤维成分的数量、排列方式发生变化等生理现象。从血管等其他组织的研究结果可知，这些现象和组织所处的力学环境的变化直接相关。 气管主要由软骨和肌肉两部分组成。软骨的作用是保持气管通道始终张开，呼吸时，胸廓内的压力变化可能导致气管通道塌陷或减少气体流量。气管软骨的生物力学上的变化会影响最大呼吸气流量、咳嗽及气管平滑肌紧缩程度的力学性质。对肺部力学进行数学描述需要了解气管软骨力学。尽管关节软骨被人很好的研究过，对气管软骨的结构及力学特性的研究则不多。 气管中肌肉的弹性模量多数都比软骨弹性模量要小，因此受到作用力直至气管塌陷时，发生的是大变形。而气管软骨由于物种的生理差异或病理原因不同，其变形程度也会相对肌肉的变形有大小之分。本文在分析气管变形和塌陷时分两种情况考虑：(1)当软骨的变形相对肌肉变形是小变形时，建立一个气管的弹性薄壳数学分析模型。气管的软骨部分为薄圆柱壳的弹性小变形薄膜和弯曲变形状态，而肌肉部分为大应变薄膜应力状态，忽略其弯曲刚性。软骨的本构关系为Hooke弹性材料而肌肉采用有二个参数的指数型本构方程。在均匀分布外压力载荷和平面应变变形条件下，求得了软骨和肌肉的耦合变形解析解，以及压力与容积的解析关系。(2)当软骨的变形相对肌肉变形是大变形时，肌肉的分析同小变形时，软骨部分应用板条弹性大变形理论，对肌肉和软骨进行耦合分析，研究了两种模型。分别是计算气管没有发生变形时候的残余应力和气管肌肉、软骨都变形时候的应力分析以及变形分析。本文建立了软骨小变形和大变形两种情况下的气管耦合变形理论模型，并结合实验结果拟合了材料常数，并进一步对气管的变形及内力进行分析，得到了对医学上有意义的结果。