人体脊柱支撑身体的重量并保护脊髓。在所有脊柱损伤中,颈椎损伤是最常见的。颈部损伤是各类交通事故中最常见到的损伤类型,可能危及生命,利用有限元建立生物力学模型进行仿真研究是最经济、最有效的研究方法。人体颈椎一共有七块椎骨(C1-C7),分为上颈椎(C1-C2)和下颈椎(C3-C7),是人体脊椎中结构最复杂的部分之一。上颈椎可实现头部的屈伸和旋转运动,其中头的前屈和后伸主要由寰枕关节实现,旋转主要由寰枢关节实现;下颈椎在稳定头部姿态中起重要的作用,可防止颈椎运动角度过大而导致的肌肉拉伤等。有限元颈部模型可以更有效地评估椎骨、韧带和其他软组织的复杂变形中的应力和应变,已被广泛用颈部损伤机理的研究中。然而,现有的颈部模型存在对关节的建模考虑的较少,尤其是寰枕关节和寰枢关节的运动角度与实验结果偏差较大的问题。本文针对现有研究的不足,开展颈部有限元建模、关节运动角度验证以及韧带材料参数优化的研究,具体工作如下:(1)颈部有限元精细建模。基于中国第50百分位男性志愿者的CT扫描数据以及相关的医学文献,建立人体颈部颈椎几何模型,将椎骨的关节面等重要几何特征表现出来。对模型进行有限元网格划分,建立包括精细的关节面,韧带,合理的韧带着力点的新的颈椎有限元模型。(2)颈部关节角度验证。对模型施加两个不同实验都加载的力矩,对比模型寰枕关节和寰枢关节的运动角度与实验结果的差异,找出韧带特性参数对寰枕关节和寰枢关节运动的影响因素。(3)颈部韧带材料特性优化研究。以前屈、后伸运动角度的中间值、侧曲运动角度的差值最小为优化目标,利用优化拉丁超立方试验设计、克里格代理模型和多目标优化方法对六种韧带特性曲线进行韧带松弛度优化,得出适用于中国第50百分位男性的韧带材料特性曲线。(4)模型有效性验证。将本文建立的颈部模型与以往的头部模型结合建立头颈部有限元模型,对无肌肉和有肌肉两种不同模型进行有效性验证,验证有限元模型的结果与文献实验验结果的吻合程度。本文建立的模型具有较高的生物仿生度,可用于人体颈部损伤的研究。