关节软骨是膝关节的主要组成成分,作为人体重要的承载组织,对传递载荷、缓冲震荡起到至关重要的作用,也对处在受载荷作用的关节起着十分重要的保护作用。随着大时代的到来,膝关节软骨疾病患者呈现了年轻化的新特点。因此我们着力研究不同年龄段的膝关节软骨的力学性能并进行差异性对比。机械疲劳是造成关节软骨损伤的主要因素,关节软骨缺损后再生能力是极为有限。所以,我们以软骨自身有无缺损及不同年龄段为实验的基本条件,对成、幼年关节软骨在滚压循环载荷的棘轮行为及多种载荷的力学性能进行研究。这些研究对防治膝软骨疾病有现实的意义,同时还能为人工软骨的研制提供力学参考。本文实验研究了猪膝关节软骨在滚压载荷作用下的力学性能,通过新滚压装置在控制不同的滚压速率、压缩量,应用数字图像相关技术,完成连续滚压加载下缺损与完整软骨的力学性能对比;并在此实验的基础上,以出生3-4周新鲜的幼年软骨和成年软骨为研究对象,对其进行循环滚压加载实验。测出成年和幼年软骨在不同压缩量,不同滚压速率,不同缺损尺寸条件下的滚压棘轮行为。实验发现压缩量越大,缺损的软骨比完整软骨更易出现较大的应变,软骨缺损处有应力集中现象。随着滚压速率的增加,最大稳定应变也相应越快达到。压缩量对成年软骨和幼年软骨各层区的棘轮应变差异影响很大,浅表层尤为突出。软骨的抵抗滚压能力由于年龄情况的不同而有所不同,幼年软骨组织响应变形的速度更快。成、幼年软骨棘轮应变率变化与滚压速率成反比,但各组滚压速率下滚压应变率都是在持续减小。对成、幼年软骨不同缺损尺寸的滚压棘轮行为研究,发现微型缺损的软骨并没有发生应力集中现象,常规缺损软骨的棘轮应变有一定的增加,而最大缺损尺寸的关节软骨棘轮应变值到达顶峰。通过对成年和幼年关节软骨进行静态蠕变-动态滚压加载、静态蠕变-蠕变恢复结合动态滚压加载以及动态压缩-滚压加载的实验研究。发现俩组软骨压缩蠕变-蠕变恢复仍然有较大的没有恢复的变形,但幼年软骨的粘弹性较好。用DIC技术观察成、幼年软骨不同层区的应力应变研究,发现在多种载荷作用幼年软骨的各层棘轮应变均要高于成年软骨。完成的轴向压缩蠕变对后期的滚压循环加载的棘轮应变有抑制作用,并且发现蠕变时间的增加,使得抑制效果也有加强。而实验先进行的轴向循环压缩对后期的滚压循环加载的抑制作用较小,抑制的作用小于蠕变后滚压载荷的加载。实验还发现除浅表层棘轮应变变化明显外,经过压缩循环后的滚压加载会使幼年软骨中层区出现了较高的棘轮应变。