赵忠海，门玉涛*，龚虎臣，张春秋

（天津理工大学a.天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，b.机电工程国家级实验教学示范中心，天津300384）

膝关节是人体重要的运动器官，关节软骨能够减轻关节部位的受力和摩擦。过载或疲劳载荷可以致关节软骨损伤，但是，软骨特殊的结构[1-3]使软骨的自我修复能力很弱，通常软骨损伤后会逐步恶化，引发不可逆的病理改变，甚至发展为骨关节炎，严重影响关节功能，给人们生活带来痛苦。

软骨的损伤有多种形式，包括表面磨损、表面缺损、基质软化、软骨脱层、纤维断裂等。很多学者关注软骨的损伤行为。LANDINEZ-PARRA等[4]证实软骨的失效与载荷频率、损伤位置和损伤大小有关。软骨在冲击载荷作用下会产生裂缝，其深度与冲击速度有关，冲击部位的蠕变量会明显下降，软骨的裂纹主要发生在软骨表面上1/3，深度约为200μm处[5]。对循环压缩载荷作用下的软骨进行免疫组化实验，发现在软骨中部偏上的区域胶原纤维损伤最严重，损伤的位置不随着载荷频率和大小而改变[6]。对软骨表面微损伤后发生的损伤演化行为进行仿真研究发现，基质先沿着纤维向软骨内部损伤，形成火山口样的洞，当损伤达到中层和深层的分界处后沿相邻纤维的切向方向向软骨表面损伤，使软骨表面微损范围扩大，形成凸凹不平的喇叭形缺损[7-8]。表面微缺损损伤演化后形成的形貌与初始微缺损的形状无关[9]。但对于软骨内部微损伤后在载荷作用下的损伤规律目前还不清楚，文献[10-12]指出软骨损伤后会使基质的压力增大，基质在软化过程中细胞会合成大量的胶原酶并释放到软骨基质中，从而加速基质的破坏。……