人体头颈部在受到高速冲击时,大脑、颈椎和椎间盘等组织都是容易发生损伤的部位。通常高速冲击下会产生脑震荡、颈椎的断裂、错位、椎间盘突出等伤害,严重的还会造成人的死亡,而且其发生率也比较高。人体头颈部损伤的发生,必然会给伤员及其家庭带来很大的痛苦,也会造成巨大的社会经济损失。因此,研究高速冲击下人体头颈部的损伤机理,明确人体在受到冲击时损伤发生的部位和数量级,对于损伤的预防、后期治疗以及研究相应的保护装置意义重大。因为高速冲击会对人体造成很大的伤害,不能直接用人进行高速冲击实验,以获得人体的冲击生物力学响应情况。建立人体有限元生物力学模型,进行高速冲击载荷下的有限元动力学响应分析,从而在一定程度上代替人体实验,具有重要的理论意义和应用价值。在进行人体的有限元分析时,接触问题是经常碰到的。对接触问题的理解将直接影响有限元建模过程中单元类型、参数的选取以及计算的可靠性。本论文在分析人体头颈部组织结构的基础上,考虑人体组织的接触问题,建立了一个人体头颈部的有限元生物力学模型,模型中包含的人体组织有颅骨、大脑组织、颈椎、T1胸椎、椎时强盘、头颈部主要韧带和肌肉群等。使用六面体单元和索单元等描述人体头颈部各组织,并在颈椎和椎间盘之间设置接触条件。而人体各组织的材料本构关系,则参考了国内外有关文献。为了验证该有限元模型的有效性,利用Nahum等人在1977年的头部撞击试验数据进行了头颈部有限元模型的分析和验证。有限元分析模拟的结果显示,本文建立的人体头颈部有限元模型在高速冲击下,其冲击动力学响应趋势和试验数据基本吻合,能够在一定程度上用来代替人体进行高速冲击下的动力学响应分析,从而为人体头颈部损伤的预防和保护提供较好的帮助。对验证后的有限元模型进行了人体头颈部高速冲击分析,得到了头骨、大脑、椎骨、椎间盘以及韧带等的动力学响应参数,分析了人体头颈部各组织的时间应力应变分布情况,结合医学临床情况进行了人体损伤预测和分析。结果表明,颈部NIC曲线超出颈部耐受阈值,C6、C7颈椎处易出现椎骨骨折、椎间盘突出等损伤。