人体上身受到后冲击作用多见于汽车追尾碰撞中,在后冲击力下,头会突然向后过度伸展,容易引起椎体骨折和韧带拉伤,同时头和整个后背会撞击在汽车座椅上,产生过大的撞击力,造成头部脑震荡、肋骨骨折以及内脏器官血管破裂等损伤,威胁到人的生命,通常人们把这种由于追尾碰撞引起的人体损伤叫做挥鞭样损伤。研究人体上身生物力学响应,分析各组织在后冲击力下的应力和应变分布情况,为人体保护装置的研究提供了重要依据,可以减轻冲击给人体造成的损伤,在保护人员生命财产安全上具有重要意义。为了研究人体上身后冲击动力学响应,基于解剖学基础,建立了人体上身有限元模型,模型中包括头骨、脑组织、颈椎C1-C7、胸椎T1-T12、椎间盘、肋骨、肋软骨、胸骨、锁骨、肩胛骨、韧带以及头颈部肌肉。韧带和肌肉采用缆单元索模型,其它组织模型采用各向同性线弹性实体单元。为了便于计算,在人体上身模型基础上又增加了座椅、靠枕和人体腰部简化有限元模型,均为各向同性线弹性实体单元,起到固定和支撑人体上身有限元模型的作用。在整个后冲击过程中,对模型发生碰撞的地方设置了接触,用于研究座椅对人体的碰撞伤害。对建好的有限元模型进行加载验证,所得的运算结果在试验数据区间范围内,验证了该模型的有效性,可用于生物力学研究。在LS-DYNA中对模型进行模拟后冲击试验,运算得出模型各组织的应力和应变曲线。分析得出人体上身有限元模型中头部受力较大,最大应力主要集中发生在头和座椅碰撞的时候,对人体头部造成了碰撞损伤,容易导致脑震荡等后果。脊柱上颈椎C1-C7、胸椎T1和T12的应力较大,尤其是颈椎C1和C2,一旦超过其颈椎的耐受极限时,就会产生椎体骨折。较大的应变主要集中在椎间盘上,椎间盘C2-C3的应变最大,过大的应变会导致椎间盘突出,容易压迫颈部神经,造成人体颈部神经痛。肋骨中第1和第2肋骨的应力和应变较大,过大的应力会使人体胸腔产生压缩变形,倘若压缩变形超过其耐受极限,容易引起脏器血管破裂,给人体造成致命伤害。