随着科技的发展以及战争需要,要求战斗机具有更强的加速能力以及更高的机动性,导致飞行员承受更大的加速度载荷。研究发现高G载荷会导致70%的飞行员颈部不适,超出30%出现颈部损伤,造成大量飞行员停飞及经济损失。因此,研究高G载荷下颈部生物力学响应与损伤具有积极意义,研究结果为颈部防护装置设计提供理论依据。本论文在已有初始模型的基础上,运用Mimics软件提取颈部肌肉MRI图像中的三维信息,获取颈部肌肉三维点云数据,在3-matic中处理点云数据生成三维几何模型,在ANSYS-ICEM-CFD及Hypermesh中划分网格,使用梁单元模拟主动肌,建立了24对颈部肌肉有限元模型。模型包括前斜角肌、后斜角肌、中斜角肌、半棘肌、多裂肌、头最长肌、颈最长肌、头夹肌、颈夹肌、肩胛提肌、头下斜肌、头上斜肌、头前直肌、头后大直肌、头后小直肌、头外侧直肌、肩胛舌骨肌、上后锯肌、胸锁乳突肌、斜方肌、头长肌、颈长肌、胸骨舌骨肌、胸骨甲状肌。结合已有的头部及颈椎有限元模型,对模型进行颈椎节段、无肌肉有限元模型和有肌肉整体模型验证。颈椎节段模型验证参考David J、Matthew B等人的颈椎节段实验验证;无肌肉头-颈部模型验证参考Nightingale、Camacho等人头颈部跌落实验与仿真结果进行验证;有肌肉整体模型验证参考Ewing、杨济匡等等前碰撞实验及仿真。结果显示,在三种验证中模型仿真数据与文献实验及文献仿真数据基本一致,证明所建立有限元模型能够有效反映人体头颈部运动学及力学响应。能够用于高G载荷下颈部损伤研究。利用上述验证后的模型加载不同加速度大小、不同加速度方向、不同加速度增长率以及拦阻、弹射工况载荷,研究各因素对颈部损伤的影响。研究表明,随着加速度增大,头颈部运动加剧,椎骨、椎间盘、肌肉组织受力均承上升趋势,颈部损伤越严重。在受到z方向加速度时,椎骨C4、C5所受应力相对较大,椎间盘C6-C7受力相对较大;在受到x方向加速度时,均表现为椎骨C5受力最大,椎间盘则为C6-T1相对较大;在受到不同方向加速度载荷时,人体对x方向加速度耐受性较差,z方向较好,相同加速度下,x方向NIC值相比z方向增大59.5%。加速度增长率与颈部损伤程度承正比关系。100G/s加速度增长率相比50G/s其NIC值增大18.4%。在拦阻工况下表现为C7椎骨受力较大,下端椎间盘受力明显高于上端。在弹射工况下表现为C5椎骨受力较大,椎间盘同样表现为下端较大。