随着社会人口老龄化和意外导致的创伤增加,骨关节炎和关节软骨损伤发病率越来越高,严重危害人类生活健康和生活质量,给家庭和社会带来了巨大负担。而且关节软骨一旦发生损伤,很难自我痊愈。研究关节软骨结构、材料与力学性能之间的相互关系,对防治关节病、指导临床诊断和病理研究具有重要意义。同时对关节软骨修复——人工关节软骨置换和软骨组织工程材料选取和制备具有指导意义。本文首先对关节软骨无约束压缩力学进行有限元仿真分析。结合关节软骨特殊的生理构成,综合考虑关节软骨固相、液相和纤维增强相三相结构、关节软骨分层结构以及关节软骨渗透率随固体基质膨胀率变化特性,建立关节软骨纤维增强多孔弹性有限元模型。基于该模型,应用ABAQUS软件和FORTRAN语言编程嵌套,从几何模型建立、物理模型建立和求解分析等几个方面展开,通过无约束阶梯压缩实验对模型进行相关验证。揭示了关节软骨的承载机理和相关应力松弛效应,研究了各组成材料参数对关节软骨力学性能的影响。实验研究方面,改进了生物力学性能测试系统,结合数据采集系统测试了不同应变、不同应变率下生猪软骨组织无约束压缩位移—载荷及其应力松弛特性。应用MATLAB、PSI-PLOT等数据处理软件,研究不同应变、不同应变率下生猪软骨组织无约束压缩应力—应变、稳态弹性模量之间的关系。结合关节软骨纤维增强多孔弹性模型,通过阶梯加载实验进行了实测对比验证和分析。论文工作还包括将制备的羟基磷灰石—聚乙烯醇复合水凝胶、壳聚糖组织工程支架与生猪软骨组织进行力学性能对比分析。