随着人口老龄化的加快,人工髋关节的置换需求量日益增加。人工髋关节在使用中会产生磨损颗粒,导致骨吸收从而使假体松动,严重影响患者的生活质量。为减少磨损,虽然可采用非球面构型的设计改善人工髋关节接触应力状态,但是由于其非球面特征,关节内的转动在受外载荷的作用下会出现运动干涉现象。因此,在非球面髋关节设计中协同考虑关节的接触性能与运动特性是十分必要的。为此,本文对具有椭球状股骨头的人工髋关节在多工况下的接触力学性能与运动学特性开展研究,优选了股骨头的几何设计参数,主要完成的工作如下:（1）建立了具有球面与非球面股骨头的两类人工髋关节的共形接触力学模型与运动学模型。理论分析了椭球股骨头的几何参数对髋关节的静态接触力学性能与理想定轴转动下的运动学特性的影响。结果表明,随着椭球股骨头赤道半径的增大,与其配合的髋臼内表面的接触应力会减小,但人工股骨头表面各点的速度与加速度有明显的升高,降低了运动的平顺性。（2）开展了生物力学实验,采集了人体髋关节在深蹲工况下的外载荷参数。建立了多种几何参数的人工髋关节有限元模型,仿真得到了各模型在深蹲和步态两工况下的动态接触应力分布,发现椭球股骨头的几何参数与接触应力分布状态存在直接联系,通过仅改变赤道半径（椭球各半径以内切球半径与非球增量之和表达）可减少关节内表面接触应力达16%（相比球状关节）,但过大的非球增量会造成严重的边缘接触效应,初选确定椭球股骨头在x、y、z各半径方向上的非球增量分别为50μm、50μm、0μm,能够使关节在两工况下具有更优的接触特性。（3）利用ADAMS建立了多种几何参数的人工髋关节的运动学模型,仿真对比了多工况下的各类髋关节的运动学特性,得到了非球增量对各运动学参数的影响规律:增大非球增量可获得更优的关节运动初期稳定性,但过大的非球增量会导致运动速度大幅波动,最高可达230%,恶化股骨头的运动平顺性。基于椭球状人工髋关节多工况下的接触力学性能与运动学特性,优选了股骨头的几何参数,针对不同的适应人群给出了不同的设计参数优选标准。