高速公路上,由于汽车追尾造成乘员头部和颈部损伤,从而导致高位截瘫甚至死亡的事故常有发生。即使是轻微的车辆后碰撞,也会因“挥鞭伤”给伤者留下长期的后遗症。因此,对于高速后碰撞时人体颈部损伤的研究就显得尤为重要。在国内外,大部分学者研究集中在低速情况下的碰撞,对高速碰撞很少提及,而对于颈部损伤和颈椎拉压应力之间关系的研究也很少。针对高速行驶时后碰撞对颈部可能产生的损伤,本文的主要工作如下:(1)人体上颈椎有限元模型的建立。首先建立了一个能够反映人体基本结构特征的上颈椎有限元模型。其中,上颈椎模型包括C1(寰椎)、C2(枢椎)、C3、C4、椎间盘、各连接韧带、肌肉与关节囊。并根据Ewing等人做的志愿者前碰撞试验数据和Dacidsson等人做的志愿者后碰撞试验数据验证了所建立的人体上颈椎模型的有效性。(2)车辆高速后碰撞人体上颈椎椎骨和椎间盘的动力学响应分析。通过有限元模拟不同速度下(80km/h,120km/h,160km/h)人体上颈椎的高速后碰撞的工况,得出颈椎各椎骨和椎间盘的von-Mises应力和轴向压应力。分析结果发现,颈椎椎骨和椎间盘在轴向压应力最大时刻出现损伤时其von-Mises应力未达到最大,研究认为以轴向应力判断椎骨损伤比von-Mises应力更准确。(3)车辆后碰撞时基于颈椎运动学的损伤研究。通过对人体上颈椎的应变和运动学分析,结合颈椎运动范围、颈部损伤准则和医疗解剖病理学对椎骨和椎间盘的损伤分别进行可能损伤分析预测,并根据实际进行讨论,同时提出可行的保护措施。研究所得出的结论可以为后续的高速碰撞研究提供一定的参考。