超高分子量聚乙烯（Ultra-high Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE）胫骨部件的磨损是限制膝关节假体远期失效的根本原因,为了满足年轻化、运动量大患者的需求,必须进一步提高膝关节假体的耐磨性、延长假体的使用寿命。人工膝关节假体的磨损和假体的几何结构参数、轴承材料以及相对运动方式三种因素相关,虽然高交联技术在一定程度上可提高UHMWPE材料的耐磨性,但为了进一步减小膝关节假体的磨损率,对膝关节假体进行结构优化设计仍是目前研究的重点。UHMWPE为线性长链分子结构,在运动过程中会产生定向应变硬化现象,多方向运动是造成UHMWPE磨损的主要因素,因此准确量化交叉剪切变量对于UHMWPE胫骨-金属股骨膝关节假体的磨损预测至关重要。本文首先基于UHMWPE等距离90°交叉运动时的磨损试验数据,建立了磨损深度与摩擦功之间的函数关系,该磨损模型有效耦合了接触法向应力（接触应力）、交叉剪切两个关键变量,任意滑动距离、任意交叉剪切运动时的磨损可基于该磨损模型进行数值计算。为了进一步明确交叉剪切变量对UHMWPE磨损的影响,本文基于摩擦功磨损模型研究聚乙烯销-金属盘在两种交叉剪切运动输入条件下的磨损情况。研究发现,高交叉剪切运动条件下UHMWPE的磨损率是低交叉剪切运动时的5倍,交叉剪切比对UHMWPE磨损的影响与临床结果相一致,增加交叉剪切比会显著增加UHMWPE的磨损率;在两种运动输入条件下,销部件接触表面的线性磨损深度分布趋势相同,最大线性磨损深度均位于接触表面的下方区域,从上到下线性磨损深度逐渐增加。本文基于摩擦功磨损模型对临床中大量使用的捷迈NK-II、强生PFC假体进行标准步态周期磨损仿真,研究膝关节假体几何结构参数对磨损的影响。研究发现,强生PFC假体的体积磨损率是捷迈NK-II假体的1.7倍,其原因是捷迈NK-II假体在矢状面的形合度相对较小,载荷作用相对分散,单个周期内的重叠接触面积相对较小,而强生PFC假体在矢状面的形合度相对较大,载荷作用范围相对集中,单个周期内的重叠接触面积相对较大,导致其磨损率和线性磨损深度相对较大;同时强生PFC假体在冠状面的形合度小于捷迈NK-II假体,单个周期内的瞬时接触面积相对较小,平均接触应力相对较大,进一步增加了强生PFC假体的磨损率。虽然在膝关节假体磨损仿真分析中,基于摩擦功磨损模型预测得到的磨损率低于模拟机试验结果,其原因可能是膝关节假体的交叉剪切比相对较低,几乎接近于线性往复运动。但该磨损模型有效预测了交叉剪切比、膝关节假体几何结构参数对UHMWPE磨损的影响,可为后续人工膝关节假体进行几何结构优化设计提供一定的理论基础,该摩擦功磨损模型在低交叉剪切运动时的磨损还需进一步基于销盘磨损试验研究。