在过去的几十年里，关节软骨与软骨下骨的力学性能研究一直是一个热点问题，却很少关注于关节软骨与软骨下骨之间的界面连接结构——钙化骨。钙化骨几微米至百微米厚度以及无法完整从软骨下骨上剥离出来的特点使得无法通过常规的宏观拉伸和压缩实验获得其力学性能。纳米压痕法可以用来研究钙化骨的力学性能，但是由于钙化骨复杂的生物结构使得压痕测试会受到周边效应和基底效应的影响，而现有的技术无法判断每一个测试点受到影响的程度。本文通过完善的恒深度划痕方法识别了骨-钙化骨复合结构中的骨区-影响区-钙化骨区，并通过计算出的结构柔度修正了划痕影响。在此基础上，将纳米压痕法与理论分析、有限元模拟方法相结合，研究了骨-钙化骨复合结构的弹性性能、粘弹性性能、动态力学性能以及整个钙化区的各向异性性能。论文主要研究内容包括以下三方面:　　(1)提出了新的生物试样制备技术。改进了测试各向异性生物组织的保湿试样台，用于夹持片状骨-钙化骨试样;改进了关节软骨微结构纳米压痕镶嵌保水试样台，用于制备高质量的块状骨-钙化骨试样;设计了纳米压痕调平台，使其能够微调测试区域角度，以进行恒深度骨-钙化骨复合结构划痕测试。保湿技术、磨抛技术和微调技术是实验方法和理论的前提条件，不仅符合多种实验方法的要求，也为个性的实验做了准备。　　(2)发展了适用于研究骨-钙化骨复合结构的实验理论和测试方法。提出了通过恒深度划痕判断骨-钙化骨界面影响区的实验方法，将一定区域内骨和钙化骨上的测试点区分开，进而将结构柔度引入来修正纳米压痕法测得的结果;通过拟合卸载段不同位置得到的弹性模量的变化，结合最终获得的时间相关的应变率敏感因子，提出了只需考虑最小卸载时间的纳米压痕弹性模量测试方法;为保证准静态力学性能与动态力学性能的可比性，提出了增加保持时间的动态力学性能测试方法;提出了用于测量三个相互垂直方向钙化区的弹性和粘弹性性能各向异性测试方法。　　(3)发展了适用于骨-钙化骨复合结构的实验分析方法。结合理论分析和数值模拟，讨论了加载阶段、保持阶段、卸载阶段中多参数变化对最终获得其准静态力学性能的影响，推算出了为测得准确骨-钙化骨弹性模量所需的纳米压痕最小卸载时间;比较了低频振动下测得的储存模量与准静态方法下的弹性模量，讨论了高频振动下骨-钙化骨粘弹性发生变化的原因;通过纳米压痕实验结合5参数的广义Maxwell和Kelvin模型分析钙化区时间相关的力学行为，得到了各向异性钙化区的弹性和粘弹性性能。