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高华健的研究横跨力学、材料、机械、仿生学等多个领域，主要研究材料、结构和生物系统的宏微观形变和破坏行为，代表性工作包括：创立了基于微观机制的应变梯度理论，从微观机理到宏观唯象的多尺度研究引领了近20年来力学的发展范式；揭示了多种新型微纳米结构金属材料的塑性变形机制和断裂机理，为后续材料和力学科学家解决金属材料强韧互斥的难题指明了可行方向；建立了纳米生物结构的力学理论体系，揭示了生物结构材料中力学性能优异的根本原因。

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