骨关节炎是一种退行性疾病,主要表现为进行性破坏的关节软骨,软骨下骨增厚,骨赘形成和滑膜炎症,尽管是所有因素的联合影响,关节软骨破坏被认为是骨关节炎发病机制的主要中介。关节软骨覆盖在膝盖关节的末端,支持和分配关节表面的负载和压力,在运动中起到减缓震动的作用。关节软骨的成熟是后天发展的过程,用以适应关节表面特定位置生物力学的需求,一般软骨在生长和发育过程中形态上发生变化进一步达到成熟,同时机械疲劳是生长过程中造成骨关节炎的主要原因。因此,研究成年和幼年关节软骨的动态和静态机械性能对关节软骨疾病的预测和治疗有重要作用,并能够为人工软骨的制造提供依据。本文采用一个月和八个月猪的新鲜关节软骨制备了幼年组和成年组的实验模型,测试了它们在准静态压缩载荷下的蠕变、率相关性能以及动态压缩下的棘轮行为。同时,借助非接触式数字图像技术研究了幼年和成年猪关节软骨不同层区的力学行为。实验研究发现,随着施加应力的增加,幼年组软骨和成年组软骨蠕变应变的累积速率明显增快,并且幼年组软骨的蠕变速率明显大于成年组软骨蠕变速率,二者之间的差距随着施加应力的增加而增加;幼年组软骨各个层区的蠕变应变和蠕变速率均高于成年组软骨蠕变应变和蠕变速率,在浅表层二者之间的差距最大,中间层弱之,在深层区二者的差距并不明显,并且随着应力增大这种现象更加明显;成年软骨和幼年软骨有着各自的率相关性,加载过程中成年组软骨的弹性模量高于幼年组软骨的弹性模量。比较幼年组软骨和成年组软骨的棘轮行为发现,相同圈数、应力幅值和加载率下,幼年组软骨的高于成年组软骨的棘轮应变,循环加载初期二者差异比较明显,并且应力幅值的改变对成年软骨和幼年软骨棘轮行为的差异影响很大。通过完成蠕变、蠕变-恢复和保持时间对循环加载影响的实验,研究了静态与动态载荷结合下关节软骨的力学行为。结果发现,蠕变越久,应变越大,在一定时间恢复之后仍然存在不可逆的变形;幅值越大关节软骨棘轮应变积累越迅速;随波峰和波谷保持时间的增加,关节软骨棘轮应变速率加快;蠕变预加载使软骨强化,有效地改善了关节软骨抵抗棘轮变形的能力,蠕变后恢复会减弱这种强化作用。