膝关节在人体中是较大且复杂的关节，具有承受应力高、运动量大的特点，因此关节软骨损伤在临床上的表现较为常见。由于关节软骨的再生能力较差，修复十分困难，一旦发生损伤便会导致承载能力显著变化。因此，深入研究关节软骨的力学性质，对于临床修复可以提供可靠的参考依据。本课题主要是从数值模拟和实验研究两个方面进行深入的探讨研究分析缺损软骨在载荷作用下损伤演化的力学行为，一方面用数值计算结果设计实验，另一方面用实验结果验证数值计算结果，修正计算模型和计算方法，降低数值计算结果与实验结果的误差，为临床修复缺损关节软骨提供参考依据。采用非接触数字相关技术，实验测量在连续压缩载荷作用下软骨不同层区的位移，根据位移的分布规律确定不同层区软骨的厚度尺寸。应用大型多物理场分析软件ANSYS建立了考虑纤维的多层软骨模型，不同层区的软骨尺寸参考了实验结果。根据强度条件，用修改超过强度极限区域的单元刚度的方法模拟软骨损伤演化过程。模拟中考虑了不同缺损深度对软骨损伤演化与扩展过程的影响。通过单向压缩实验对数值模拟结果予以验证，从而得出结果。数值模拟结果表明，缺损软骨基体的应力分布与损伤深度有关，缺损软骨的最小应力分布在缺损和损伤区域的下方和深层区域，位于缺损区域两侧的基体存在应力集中，损伤区域由表层逐渐向深层扩展，最大应力发生在损伤区域的两侧。软骨中纤维应力分布与位置有关，压应力主要分布在中间层和深层，数值大于未损伤软骨中纤维的应力。数值模拟结果表明缺损软骨在损伤演化过程中，损伤区域由表层逐渐向深层扩展，如果发生位于深层数值为60%的缺损，位于深层的基体会在损伤演化过程中产生数值最大的等效应力，如果发生位于浅表层数值为5%的缺损，位于浅表层的纤维中会在损伤演化过程中产生数值最大的轴向应力。在单向压缩实验过程中，提取了软骨缺口附近与压缩载荷平行方向的应变，绘制了应变分布曲线与数值模拟结果进行了比较，结果基本吻合。