如今随着各国航空科技的发展,战斗机的性能和飞行装备等方面获得了长足的进步。然而,复杂航空环境下的高G载荷以及弹射救生时所产生的巨大加速度冲击会对飞行员造成颈部损伤,严重时甚至可能影响其生命安全,同时会对国家造成巨大经济损失。因此,研究高G载荷下飞行员弹射时头颈部的运动规律和生物力学响应以及颈部损伤风险具有积极的意义。本文开发新的头颈有限元模型,通过应用动态载荷下的材料属性建立无肌肉有限元模型与有肌肉有限元和刚体结合模型,并对模型进行典型的动态载荷仿真模拟验证。验证结果表明,模型仿真数据与试验数据基本一致,证明此模型在动态载荷下可以有效地反应人体头颈部运动学和力学响应。利用已验证的模型进一步研究高G载荷下飞行员弹射时颈部损伤。主要研究内容和结果如下:（1）适用于冲击环境下的有肌肉和无肌肉两种模型的建立。通过Nightingale等人的头颈轴向跌落试验,模拟并验证无肌肉模型的真实性,研究轴向跌落时颈部的运动状态和骨折的损伤,分析和了解颈部轴向冲击损伤的机理。利用汽车前后碰撞试验,进一步模拟并验证有肌肉模型的运动响应。（2）紧急弹射时飞行员肌肉激活对颈部的运动学响应。通过建立肌肉激活曲线模拟飞行员弹射时颈部肌肉的活动状态。研究发现,飞行员在紧急弹射时提前的肌肉激活可以提高颈部的稳定性;持续的高G载荷导致颈部前屈增大且稳定性降低,G值载荷与颈部前屈幅度、椎间盘应力和NIC损伤成正比。（3）紧急弹射时飞行员头盔和座椅倾角对颈部损伤的影响。通过建立不同质量和重心的头盔以及不同倾角的座椅,模拟弹射时飞行员头颈部的运动历程。头盔质量的增加明显改变飞行员头颈部运动姿态、增大椎间盘损伤和韧带拉伤风险;头盔重心后移会降低颈部稳定性并导致后伸运动,影响椎间盘退变和韧带损伤;座椅倾角使颈部损伤风险增大并产生明显的前倾运动,增加颈部旋转角度和椎间盘前缘高度,影响飞行员背部肌肉的疲劳损伤和韧带的拉伤风险。总之,本文利用头颈部有限元模型对飞行员紧急弹射发生初期的过程进行模拟,研究此状态下颈部运动学响应并结合颈部肌肉活动状态、不同的座椅和头盔进行损伤风险分析并给出设计建议,本研究对提高人们紧急弹射时颈部损伤机理的认识和优化飞行员颈部冲击防护设计方面具有重要意义。