关节软骨呈乳白淡蓝色,表面光滑且半透明,有光泽,具有多种多样无可替代的独特功能和重要作用。但是关节软骨是临床疾病多发部位,并且关节软骨自身恢复能力低。关节软骨缺损经常造成关节功能障碍等疾病,从而影响人们的正常活动和日常生活。故对软骨传质的研究成为了国内外的热点。正常软骨的传质过程需要在一定的外界载荷作用下进行。本文采用有限元数值模拟分析关节软骨在力学载荷作用下的传质,根据仿真结果研究不同载荷作用下传质的规律,为临床疾病治疗和组织修复等提供科学依据。根据传质理论中的斐克第二定律,质量守恒定律以及传热和传质在数值上的等效,提出了软骨传质的仿真方案,运用有限元软件ANSYS建立软骨模型,对模型施加静态压缩,并将仿真结果与实验结果对比,两者具有较好的相关性,表明了模拟方法的正确性。基于静态压缩时的仿真模型,研究动态压缩对软骨传质的影响以及动态压缩参数对传质的影响。结果表明:①软骨施加载荷之后,软骨传质速度比静置时加快了很多。②动态压缩载荷作用下,在初期软骨传质在深层和中间层的速度十分缓慢,而浅表层的传质速度很快,但随着时间的增加,浅表层浓度增长缓慢,趋于稳定的浓度值,而中间层和深层增速加快。③压缩幅值相同时,静态压缩与动态压缩相比,软骨内部溶质更容易扩散。④动态压缩振幅增加时,软骨内溶质浓度随时间均为上升趋势,浅表层增加明显,但随着幅值的增加,溶质扩散受到抑制,且幅值越大,抑制作用越明显。⑤动态压缩频率增加,有利于软骨各层溶质扩散,频率越大,扩散速度增加越明显,浅表层变化明显。对滑动载荷作用下软骨传质规律进行研究,得出以下结论:①在初期软骨传质在深层的速度相对缓慢,而在中间层和浅表层的传质速度较快。但随着时间的增加,浅表层浓度增长缓慢,趋于稳定的浓度值,中间层增速也有所下降,然而深层传质速度的增加十分明显。②滑动载荷作用压缩量增加时,软骨内溶质浓度随时间均为上升趋势,但随着压缩量的增加,对溶质扩散有抑制作用,其中中间层的抑制作用最大,深层的抑制作用最小。③滑动速度的增加,有利于软骨各层溶质扩散,其中中间层和深层的扩散速度增加十分明显。仿真结果为今后进一步研究提供了一定的理论基础。研究不同模型对仿真结果的影响,发现:①在运用ANSYS进行仿真时,分层和不分层对软骨传质研究的影响很小。为了操作简便,提高效率,可以不对软骨进行分层。②在运用ANSYS进行仿真时,三维模型与二维模型存在差异,由于三维模型的建立和载荷的施加更接近于真实情况,所以在研究软骨传质时,应优先考虑三维模型,提高计算的准确度。仿真结果为下一步仿真模拟时模型的选择提供了一定的基础。