林伟健 李俊言 陈瑱贤，2) 靳忠民，，

* (西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710054)

† (西南交通大学机械工程学院，成都 610031)

** (长安大学工程机械学院，西安 710064)

引言

软骨是人体关节中非常重要的一种承重组织[1-2].它不仅可以减少关节的运动摩擦，而且能通过增大关节的接触面积来分散载荷、减少应力集中.软骨由纤维、蛋白聚糖、软骨细胞和大量的水分组成[1].根据内部纤维结构，软骨通常分为3 层[1]:表层(占比10%～ 20%)、中层(占比40%～ 60%)和深层(占比约30%).在表层，纤维方向平行于软骨表面;在中层，纤维分布没有特定方向;在深层，纤维方向垂直于软骨表面.由于软骨复杂的组成成分和结构，其具有特殊的力学性质[1].例如，软骨是一种固-液双相材质，其承受瞬间载荷时，软骨中的液相会承担大部分载荷，从而减少软骨固相基质的变形;软骨内部纤维具有抗拉伸能力，软骨表层中平行于软骨表面的纤维的抗拉伸能力可以有效地抵抗软骨的侧向扩张[3]，能有效减小软骨固相基质的变形，避免软骨产生过大应变而导致软骨受损和退变.

膝骨关节炎是老年人中常见的慢性膝关节疾病[4]，其恶化伴随着软骨的退变、磨损和最终缺失[4-5].软骨的退变和磨损通常认为是从表层发展到深层，该过程中软骨的组成成分、结构和力学性质会发生改变[5]，如蛋白聚糖降解、纤维退变、水含量和渗透率增大以及纤维方向变得无序等等.由于这些改变，软骨的液相承载能力和纤维的抗……