头盖骨是一种典型的轻量化多孔结构,作为人脑的外部保护层,头盖骨的破坏是一种最常见的创伤性脑损伤类型。本文旨在开展头盖骨在冲击荷载作用下的破坏机理和能量吸收的研究工作。采用非破坏性的3D微型电脑断层扫描技术(显微CT)扫描真实的人头盖骨结构,由此重建有限元模型,用于研究人类头盖骨的微观多孔结构、抗冲击性能和变形失效机制。本文利用逆向工程软件RAPIDFORM重建头盖骨二维几何截面,由此得到头盖骨微观结构特征的参数,将几何截面导入HYPERMESH中划分高质量的有限元网格。在重建头盖骨三维梁模型以及三维块模型时,使用RAPIDFORM以及医学影像软件MIMICS对显微CT扫描出的头盖骨结构进行处理和优化,得到初步的有限元模型,导入HYPERMESH中进行有限元网格的优化。使用ANSYS的LS-DYNA模块对得到的二维和三维有限元模型进行抗冲击力学性能的研究。对重建出的二维头盖骨结构进行细致的抗冲击性能研究,模型两端固支,冲击物冲击结构的中间部位,改变冲击物的冲击速度、冲击角度、形状及密度,查看这些参数对结构吸能特性的影响,得到不同参数下结构的冲透阈值速度及失效机制渐进图。总结对比不同参数下结构的吸能特性,包括吸能量、吸能率及结构最终破坏形式。对三维梁模型进行抗冲击性能的有限元分析,采用两种方式建立三维梁模型,一种方式是通过二维模型拉伸获得三维拉伸梁模型,另一种方式是重构真实的头盖骨梁模型,前者工作量较小,后者较为复杂耗时。同样使用两端固支的约束方式。用冲击圆柱冲击模型中间部位。改变冲击物的冲击速度,对比几个模型的变形失效形式和吸能特性,总结结构特征对于结构抗冲击性能的影响,并与二维结果进行对比。对重建的三维块模型进行抗冲击性能的有限元分析,四周固支,用球形冲击物以不同的速度冲击,查看结构的失效模式和吸能特性。设计头盖骨替代结构,要求其质量与真实头盖骨近似,且抗冲击性能优于真实结构。采用与三维块结构相同的载荷及边界条件,观察其变形和吸能机制,与真实头盖骨块结构对比。