随着汽车工业的发展,行人安全状况逐渐突出,行人安全已逐渐成为国内外汽车安全研究的重要课题。由于下肢最先与汽车发生碰撞,下肢损伤在汽车与行人碰撞中非常常见。虽然下肢损伤不是致命伤,但是最容易导致长期或永久性残疾。因此,探究下肢损伤机理对保护行人安全具有重要意义。有限元分析方法能够准确地模拟人体组织的应力应变,能够较好地模拟汽车与下肢发生碰撞的响应,已成为研究人体损伤机理的有效方法。然而,现有的下肢有限元模型都是基于欧美人体建立的,其生物力学响应与中国人体的差异值得探讨。因此,本文将通过尺寸缩放方法建立中国50百分位下肢几何模型,使用优化方法开展全面的模型验证,建立适合中国人体的下肢有限元模型。本文采用计算机断层(CT)和磁共振成像(MRI)技术获取下肢模型的影像数据,运用医学图像处理软件Mimics和三维处理软件Geomagic Studio,构建下肢几何模型。根据人体统计学数据将下肢模型缩放到中国50百分位人体尺寸。综合使用ANSYSY ICEM CFD和Hypermesh软件对下肢模型进行高精度的六面体网格划分,并根据下肢各部位的解剖学结构和力学特性赋予不同的材料属性。采用缩放方法对文献数据进行缩放,以使得生物力学试验数据适应中国50百分位的人体尺寸。为更全面地验证下肢有限元模型的生物逼真度,本文对下肢有限元模型进行了多层次的全面验证。在大腿、小腿模型的验证中,使用优化方法对长骨皮质骨材料的弹性模量、拉压应力-应变曲线、失效应变以及肌肉的体积模量进行优化,使得股骨、胫骨、腓骨、大腿和小腿的近心端、中部、远心端三个加载位置的动态仿真结果以及股骨、胫骨、腓骨中部纵向(A-P)和横向(L-M)的准静态仿真结果与实验结果吻合良好。在膝关节模型的验证中,使用优化方法对前交叉韧带(ACL)、后交叉韧带(PCL)、胫侧副韧带(MCL)、腓侧副韧带(LCL)进行体积模量、超弹性系数、普罗尼算法系数和失效优化验证,并进行膝关节的四点弯曲和三点弯剪进行校验。最后对整个下肢模型进行整体检验。通过优化方法,仿真曲线与实验曲线拟合较好,峰值出现的时刻基本一致,仿真结果均在实验范围之内。这表明所建立的下肢有限元模型具有较高的精度和生物逼真度,可用于下肢生物力学研究。同时,也表明该建模和验证方法能够有效应用于人体有限元模型开发。