头颈部损伤是交通事故中最常见的一种损伤类型,也是造成乘员死亡的主要原因之一。近几十年来,人们对事故中成人损伤机理的研究取得了很大进展,并通过优化调整车身结构、被动安全装置等措施降低了成人头颈部损伤的严重程度,但对儿童损伤的相关研究却十分有限。从生理结构特征来看,儿童不是缩小版的成人,且骨骼、软组织等结构并未发育完全,和成人在解剖学结构上仍存在一定差异性,所以两者的损伤机理及数据并不是简单的缩放关系。本研究使用的六岁儿童整人有限元模型是在完全遵照儿童生理结构特征的基础上构建的具有高仿真度的生物力学计算模型,能最大限度地还原事故中儿童的损伤过程,对于研究儿童损伤机理、提高儿童损伤防护具有重要意义。为探讨汽车在正面碰撞过程中,约束系统的误用对乘坐于后排的6岁儿童乘员头颈部的损伤影响,对比分析了该儿童有限元模型在正确以及错误使用约束系统情况下的头颈部损伤机理。结果表明,仅使用增高垫时,儿童颈部作用力、力矩最小,但最大颅内压力、最大Von Mises应力、脑组织最大主应变等值远大于其损伤阈值,会导致儿童头部产生致命的脑损伤;仅使用成人三点式安全带时,儿童颈部作用力、力矩最大,会对儿童颈部造成严重损伤。两种错误使用约束系统的方法分别加重了6岁儿童头部和颈部的损伤,只有正确使用增高垫,才能对6岁儿童头颈部起到最好的保护效果。本文将该6岁儿童整人有限元模型分别置于前向式安全座椅和增高垫中,比较了两种约束系统在不同速度的正面碰撞过程中对儿童的保护效果。结果表明,当碰撞速度较低时,两种约束系统中儿童有限元模型的颅内压、Von Mises应力、剪切应力、颈部作用力和胸腹部压缩量等各评价指标相差均不大,但随着碰撞速度的增加,安全座椅对儿童的保护效果要优于增高垫。利用该模型进行的侧面碰撞实验中,通过对安全座椅中头枕部位填充吸能泡沫以及改变泡沫材料参数,研究吸能泡沫在侧碰中对儿童头部的保护效果。分析表明,安全座椅中填充泡沫可以有效降低侧面碰撞过程中对头部的损伤,且填充聚氨酯泡沫的保护效果要优于聚苯乙烯泡沫。进一步的研究还表明,设计吸能泡沫时,在不影响儿童舒适性的前提下,泡沫可以设计的尽可能厚一点;泡沫在不会发生触底现象的情况下,其弹性模量越小越好。本研究应用6岁儿童整人有限元模型模拟正面、侧面碰撞试验,研究儿童头颈部损伤机理,探讨儿童约束系统对儿童头颈部的损伤防护作用。研究成果对深入理解儿童头颈部损伤机理、设计开发更优的儿童约束系统具有重要的理论意义和应用价值。