膝关节作为人体最复杂、最大的关节位于髋关节和踝关节之间,是下肢活动的枢纽,其重要程度不言而喻。关于膝关节的疾病也越来越受人们的重视,学者们对膝关节的研究也越来越深入了。膝关节的解剖结构和相应的生物力学特性成为了近年来研究的焦点。膝关节的生物力学环境对关节的损伤及关节炎的病变起到重要影响的作用,因此对膝关节的生物力学特性分析不仅可以膝关节创伤发生的机制进行明确的阐明,而且可以对膝关节疾病的诊断和手术康复提出科学的指导和计划。近年来科学研究者们不断对膝关节的生物力学特性进行探索,从开始的有限的物理模型逐渐的转变到了数学模型。许多学者也相继提出了不同的膝关节静力学和动力学模型,但这些模型大部分都是简单的将膝关节的骨性结构简单的假设为刚体,而且不考虑摩擦,模型中也不包括膝关节的半月板,韧带,胫股骨软骨等辅助结构,而这些结构在膝关节的运功和受力中起着不可替代的作用,对计算结果影响较大。由于膝关节自身解剖结构的复杂和运动的复杂性,研究者们还很难对膝关节的力学性质和运动做出准确的描述。软骨在膝关节的运动和受力中起到非常重要的作用,在生理上承受载荷,缓冲压力,吸收震荡。根据膝关节软骨的实验数据和现象,假设软骨为均匀各向同性非线性粘弹性,并推导出软骨的非线性粘弹性本构方程,并建立了相应的有限元模型对实验进行了模拟,得出我们的假设是合理的。通过对膝关节的接触力学特性进行的模拟,在膝关节伸直状态承受载荷时,载荷主要是由胫骨平台内侧软骨承受,内侧软骨的接触面积占总接触面积的65%,接触力占总接触力的75%。而且最大应力也出现在内侧软骨表面。我们可以推断,膝关节承载时,载荷主要有内侧软骨、内侧半月板来传导,内侧软骨和内侧半月板是最易受伤的部位。对胫骨只施加UR1约束,即施加膝关节伸直转动约束,这样计算的接触面积和接触力分布更加合理,也是符合膝关节的生理运动规律的。