进入21世纪,人类已进入了高龄化社会,患有关节疾病的人数增多,对人工关节的需求相应的日趋高涨,因此人工关节得到了广泛使用,为许多患者减轻了痛苦,提高了他们的生活质量。但在实际应用中,人工关节的摩擦和磨损腐蚀问题一直影响其植入关节的使用寿命。这些问题的研究可以通过在模拟试验机上进行实验来完成,因此发展适合的模拟试验机就将成为本文研究的关键。模拟实验机不仅要能够模拟真实天然关节的运动形态和运动性能,还应能用于人工关节的生物力学及相关材料的摩擦磨损性能的研究。本文自行研制了温度可控的球盘式摩擦试验机和人工关节模拟试验机,这两种试验机可以分别评价关节材料的摩擦和磨损腐蚀特性。球盘式摩擦试验机可用于研究关节材料的摩擦性能,该试验机性能稳定,可同时实时采集并显示摩擦系数的变化,通过比较,可以筛选出摩擦系数小的摩擦材料配副。结合仿真分析设计开发了人工关节模拟试验机,该试验机不仅可以近似模拟关节之间的相对运动,而且可在线采集材料配副之间的电极电位,籍此研究材料的腐蚀磨损性能。在球盘式摩擦试验机上针对生理盐水介质的实验表明,陶瓷与金属配副的摩擦系数比金属与金属配副的摩擦系数小,表现出良好的抗摩擦性能,并通过比较筛选出了摩擦系数小的氮化硅/镍钛合金材料,可以用来作为以后研究人员挑选关节材料配副之一。在人工关节模拟试验机的仿真与实验结果均表明,球与球窝接触点轨迹是封闭的球面曲线,可近似模拟关节之间的相对运动;应用生物机能测量仪测量数据表明,不锈钢球窝在盐水中的电位波动比不锈钢球在盐水中的电位波动大。筛选摩擦副时,可以选择不锈钢球和非金属材料球窝进行配副,减少腐蚀磨损。