据报道,全世界每年前交叉韧带（Anterior cruciate ligament,ACL）损伤病例超过200万,临床上使用韧带移植物进行重建治疗,主要包括自体移植物、同种异体移植物和人工韧带3类。其中人工韧带具有材料来源广泛、不损伤自体组织、术后恢复较快等一系列优点,是目前韧带移植物的重点研究方向。人工韧带的力学性能测试是用于评估其在体内长期服役性能最重要的试验方法之一。早期对于人工韧带的力学性能测试主要采用单轴拉伸和循环加载拉伸等方法,通过将拉伸测试结果与自体韧带的断裂强力、强度和刚度等指标进行对比,以评估人工韧带的耐疲劳性能。但有学者分析移植失效的人工韧带发现,大多数移植物的失效是由于膝关节的过度拉伸扭转所导致,因此有必要研究人工韧带在多自由度力学测试条件下的服役性能。目前国内外已有少量测试装置研究,但试验参数与临床匹配度较差,且没有装备力学传感器等设备,只能从表观形态的角度定性分析人工韧带疲劳损伤情况,无法实时监测人工韧带在多自由度力学测试条件下的受力情况以从理论角度分析疲劳损伤机理。针对人工韧带在体内出现拉伸扭转移植失效问题以及相关标准,研制了一种人工韧带拉伸扭转疲劳测试装置,其中:拉伸疲劳测试由多功能生物医用纺织品强力仪以定负荷拉伸测试的方法实现;扭转疲劳测试则通过设计曲柄滑块机构将调速电机的稳定回转运动转换为下夹持机构的稳定扭转运动实现。对两种编织结构人工韧带试样AL24-0和AL24-4进行拉伸扭转疲劳测试。结果表明:在经历拉伸扭转疲劳加载后人工韧带试样的表观形态发生变化,施加扭转剪切载荷后试样出现的纤维脱散可能会引发术后并发症,拉伸断裂和弹性回复性能亦有一定程度的损失。其次,根据人自体前交叉韧带在膝关节内实际受力情况以及人工韧带在手术中固定方式的研究,同时参考人工韧带拉伸扭转疲劳测试装置的各自由度动程实现方法,研制了一种人工韧带三自由度疲劳测试装置。该装置运动部件由拉伸运动模块、扭转运动模块和屈曲运动模块组成,此外还配有可实时监测人工韧带受力情况的力学监测模块以及模拟膝关节腔内生理环境的液体回流系统等组件。基于临床数据以及文献查阅,确定了拉伸位移为5 mm、扭转角度为15°,屈曲角度为60°的测试参数,以模拟正常步态过程中人工韧带在膝关节腔内的受力环境。对两种编织结构人工韧带试样AL24-0和AL24-6进行三自由度加载疲劳测试,建立了试样耐疲劳性能多尺度（宏观、细观及微观）评价体系并且对试样的疲劳损伤机理进行了分析。结果表明:宏观尺度上,人工韧带试样的纤维或纱线断裂会使其力学支撑性能和疲劳耐久性能下降,试样AL24-6的表观形态损伤更为严重,纤维和纱线之间的摩擦损伤是两种试样的主要疲劳损伤形式;细观尺度上,人工韧带试样AL24-0和AL24-6在各个疲劳时间点的断裂强力和刚度均高于人体前交叉韧带,人工韧带的三自由度疲劳循环加载可近似看作是粘弹性聚合物的应力松弛过程;微观尺度上,在疲劳测试过程中人工韧带试样的大分子链会受到拉、压、扭、弯等一系列多个方向载荷的共同破坏作用,使得整体大分子结构被破坏,从结晶区中被不断抽拔出来导致非晶区面积扩大,最终导致结晶度下降。最后,为了探究人工韧带三自由度加载和结构之间的构效关系,建立了两种人工韧带试样的三维模型,并进行三自由度加载有限元分析。结果表明:施加外部载荷时,规则编织试样的应力在编织纱线上分布较为均匀,而三向编织试样应力主要集中于轴纱,编织纱线承担应力较小。三向编织试样在三自由度加载过程中需要抵抗更多纱线之间的摩擦作用。单次加载有限元分析可为人工韧带试样的疲劳寿命计算打下基础。综上所述,本研究研制了两种人工韧带疲劳测试装置,并且构建了人工韧带耐疲劳性能多尺度评价体系,探究了疲劳损伤机理。同时从有限元数值模拟的角度对人工韧带试样进行了应力分布和摩擦作用分析,以期为人工韧带产品的设计、研发及临床医生对于产品的选择提供定性以及定量化的理论指导依据。