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骨水泥型髋关节置换术是应用广泛且成熟的外科手术,固定失败是术后失效翻修的主要特征。本文通过临床调查骨水泥型髋关节翻修的失效原因,发现体重,骨质疏松和关节炎症等是影响术后失效的主要三个客观因素且影响率分别为37.31%,23.30%和30.64%。体重影响载荷作用于假体柄和骨水泥界面,导致界面因材料差异剪切性早期松动和微裂纹,载荷增大和骨水泥层蠕变性累计损伤加速界面松动并引发柄下沉。髓腔近端骨水泥仅1.2±0.5mm易导致局部应力集中且刺激骨适应性退化,柄-骨水泥界面松动后微动机制产生磨屑刺激破骨细胞增殖以加速骨溶解,其中巨噬细胞选择性吞噬球状磨屑。本文明确材料粘弹性,界面脱粘,动态力学和微动磨损等四点研究内容。首先,通过筛选发现粉液比例20g/12ml和搅拌时间30s制备骨水泥实现晶粒细小且最优硬度和抗压强度为96.25MPa。通过埋置光纤光栅分析骨水泥蠕变和应力松弛,发现外载荷作用导致界面应力失稳且能耗增加,引发骨水泥粘弹性软化,使高分子链段因张力发生迁移形成新力学平衡。其次,本文建立钛合金柄-骨水泥界面粘结应力τ及相对滑移s线性和非线性幂指数模型。得出脱粘失效阶段和劈裂失效阶段载荷-位移关系式,并获得局部粘结力与滑移量演变。发现距离加载端0.175La和自由端0.325La棒的两内应力峰导致自由端滑移滞后于加载端的剪滞效应,引发界面和骨水泥内部裂纹损伤。再者,本文设计柄-骨水泥结构动态力学试验台,并利用光纤光栅采集内应变和应力,发现骨水泥-金属柄轴向界面错动约0.25±0.05nm,且耗损滞回曲线趋势由线形状变为椭圆状再演变麻花状。另基于Prony级数设计骨水泥粘弹性材料仿真并开展有限元动态力学试验,结果取得较好试验验证。动态试验得出骨水泥应力波动阶段上升趋势图且内部应力波以45°±0.8°自加载端呈现圆波状传播。最后,通过骨水泥-钛合金界面微动试验得出材料耗散能变化(Ft-D曲线)随周期增加而增加。热塑性和微小扭矩损伤是界面微动损伤的主要原因。而界面牛血清初期能有效抗磨,却随载荷和位移增大而降低且加剧磨损。平均干摩擦系数0.123和牛血清摩擦系数为0.157。磨损区域内骨水泥磨损斑痕呈现凹谷状而钛合金为中间凸台周围环形凹谷状。磨屑类型分为球状,类球状,条状,块状,撕裂和片状等六种典型形态。后通过Matlab分形得出0.3~0.6分形维数球状磨屑居多并印证临床结果。