冲击伤是冲击波作用于人体所造成的损伤。战争、恐怖袭击、工业事故都可能导致冲击伤的发生。自由场冲击伤在伤情特点、损伤机制、致伤规律等方面的研究已经比较深入,密闭空间内复杂冲击波由于边界条件不同因而导致伤情特点和量效关系有所差异,因此无法用自由场冲击伤的理论来分析,需采用动物生物效应实验对其伤情特点和量效关系进行研究。目前复杂冲击波的生物效应研究还没有定量地分析简单冲击波与复杂冲击波的伤情差异,也很少系统地分析不同程度损伤的伤情特点及致伤规律,缺乏实用的复杂冲击波人员损伤安全阈值标准,更没有采用三维有限元模拟技术对其致伤机制、损伤评估技术研究过。因此对复杂冲击波的生物效应研究不仅可以为密闭空间内人员冲击伤的早期防护、快速诊断、有效治疗提供理论基础,而且可以有针对性地采取防爆安全措施,对维护社会稳定也具有紧迫而重要的现实意义。针对以上问题,本文拟先通过实验室密闭舱室炸药爆炸,观察复杂冲击波与简单冲击波的生物伤情差异、复杂冲击波载荷下的生物致伤特点,在此基础上通过现场致伤实验建立人员复杂冲击波损伤阈值,最后通过胸部三维有限元模型在复杂冲击波载荷下的动态响应模拟一方面对人员复杂冲击波损伤阈值进行验证,另外一方面对其致伤机制、损伤评估技术进行探索性分析,为复杂冲击波生物致伤研究的深入寻求新的方法。本文的主要研究工作和结论包括以下几个方面：　　 ⑴根据爆炸冲击波传播规律及常规装甲车几何形状,本文研制了复杂冲击波模拟舱室,设计了满足舱内生物不同损伤程度的复杂冲击波致伤条件,建立了稳定、可靠的复杂冲击波大鼠致伤模型。该舱室具有结构简单、设计合理、操作方便、实验成本低的特点,能够在致伤的同时开展高速摄像、压力测试。在此基础上建立的复杂冲击波大鼠致伤模型为复杂冲击波致伤研究的深入提供了良好的技术平台。　　 ⑵从整体、器官两种水平上对自由场冲击伤和密闭舱室冲击伤的伤情进行了对比研究。实验结果表明:复杂冲击波的创伤ASII(Abbreviated Severity of InjuryIndex)评分显著高于同等条件下简单冲击波的创伤ASII评分。密闭舱室与自由场冲击伤动物存在明显的伤情分级差异,密闭舱室冲击伤肺出血程度较自由场冲击伤重1级以上。该结果定量地描述了简单冲击波与复杂冲击波致伤程度的差异,为开展复杂冲击波致伤研究的必要性、采取相应的救护措施提供了依据。　　 ⑶通过实验研究,观察到密闭舱室中复杂冲击波导致大鼠的损伤有以下特点：①伤情外轻内重；②伤情发展迅速；③肺是复杂冲击波损伤的主要靶器官；④复杂冲击波可造成肠道损伤、脑出血、肝脏破裂等损伤。密闭舱室200mg以上炸药爆炸后实验动物均有不同程度的肠道损伤、脑出血,并且随着爆炸药量的增加,伤情更加严重。通过对实验结果进一步分析发现复杂冲击波的初始脉冲冲量与创伤ASII评分相关性较好。以上结果为复杂冲击波冲击伤防护与救治、复杂冲击波人员损伤阈值的建立提供了实验依据。　　 ⑷通过改装多室型爆炸波模拟设备,为复杂冲击波人员损伤阈值的研究提供了实验平台。在多室型爆炸波模拟设备中通过对绵羊致伤,得到了绵羊阈值损伤的初始脉冲冲量,然后通过转换公式计算出当TNT。在舱室内爆炸时,人员复杂冲击波阈值损伤的初始脉冲冲量为144.15kPa·ms。该损伤阈值的建立为复杂冲击波载荷下人员损伤评估、武器研制提供了数据支撑,具有明显的军事效益。　　 ⑸构建了复杂冲击波载荷下的人体胸部三维有限元模型。该模型主要包括肌肉、骨骼、心脏和肺脏,各部分均由四节点四面体单元组成,单元总数为129543个,节点总数为32267个。各组织与器官材料参数根据相关文献确定。完成了100kPa,和200kPa冲击波压力下的复杂冲击波对胸部载荷的模拟计算,并对胸部骨骼和肺脏中应力波的传播进行了探讨和分析。模拟计算结果为:100kPa冲击波压力下的复杂冲击波对胸部载荷后胸部肺内压为36kPa,肋骨向内运动速度为1.6m/s,初始脉冲冲量为30.78 kPa·ms200kPa冲击波压力下的复杂冲击波对胸部载荷后胸部肺内压为58.5kPa,肋骨向内运动速度为2.95m/s,初始脉冲冲量为57 kPa·ms。肺脏受到复杂冲击波载荷后,应力主要集中在肺脏下叶边缘处；两种载荷下人员均无损伤,模拟计算结果与相关文献报道、本研究建立的人员复杂冲击波阈值损伤标准、实验结果基本一致,基本能够反映胸部受冲击时的动态响应情况。本次数值模拟为今后复杂冲击波致伤机制的研究探索了一个新方法。　　 本研究从复杂冲击波与简单冲击波的生物伤情差异、复杂冲击波载荷下的生物致伤特点、人员复杂冲击波损伤阈值的建立三个方面对复杂冲击波的生物效应进行了实验研究,并通过复杂冲击波载荷下胸部三维有限元模型的动态响应模拟对其致伤机制、损伤评估进行了初步探索,为复杂冲击波生物致伤研究的深入奠定了实验基础和探索了新的途径。