膝关节是人体最复杂的关节之一,随着社会老龄化的加剧,膝关节相关疾病的发病率也日渐增多,进而膝关节解剖结构和生物力学研究成为广大研究学者们的焦点,从当初简单的物理模型逐渐演变为数学模型,有学者提出静力学和动力学模型,但是这些模型都是理想化的将骨骼部分认为是刚体,甚至模型中并没有出现韧带和软骨组织,对后续有限元分析结果造成一定影响,因此,建立符合真实解剖结构的力学模型是研究生物力学的基础和重点,同时为治疗膝关节疾病、假体制造以及医学快速成型领域提供理论依据。随着计算机的发展,有限元法对生物力学分析提供了极大的帮助,本文以CT、MRI为数据源,通过医学软件Mimics建立包括韧带半月板等完整的膝关节三维模型,并利用有限元软件Ansys Workbench对膝关节进行力学分析。由于各个组织的材料属性对有限元结果具有影响性,本文根据各结构的材料属性建立了不同的材料模型,并改变股骨和半月板的材料属性做了对比分析。将半月板和胫骨位移的有限元分析结果和已有数据进行比较,验证了模型的有效性,为后期获得准确的有限元分析数据奠定了基础。在此基础之上,本文将切除内侧半月板的膝关节和正常膝关节的股骨软骨和胫骨软骨做了对比,发现股骨软骨的应力较正常增大50%,内外侧胫骨软骨应力较正常增大49%和40%,可见半月板在膝关节结构中具有分布载荷的作用;将切除前交叉韧带的膝关节和正常膝关节的股骨软骨、胫骨软骨和胫骨位移做了对比,发现内外侧胫骨软骨应力较正常增大52%和40%,股骨软骨应力较正常增大45%,胫骨位移较正常增大12mm,可见前交叉韧带不仅对膝关节起到分布载荷的作用,而且对膝关节的稳固起着至关重要的作用。本研究建立了较完整的符合真实解剖结构的膝关节三维模型,并建立其材料模型,针对不同材料属性进行了有限元仿真分析,研究成果不仅为假体置换提供了可靠的参考价值,也进一步为研究膝关节生物力学特性提供了指导作用。