随着经济发展,摩托车事故已经成为一个日益严重的道路交通安全问题。在摩托车交通事故中,摩托车驾乘人员头部通常遭受严重甚至致命损伤,而头盔作为摩托车驾乘人员主要防护装置,对摩托车驾乘人员起着至关重要作用。因此,对摩托车驾驶员头部损伤机理及头盔优化研究具有重要的意义。由于伦理及实验成本的问题,损伤生物力学的研究方法具有很大的间接性。但随着计算机人体模型不断成熟,通过计算机仿真结合真实交通事故研究人体损伤机理成为了可能。本文基于真实交通事故,通过多刚体系统和有限元分析方法的耦合使用,可以有效提高碰撞及损伤研究的准确性及可靠性。本文具体研究方法及结果如下:首先,开展重庆地区道路交通事故的深度调查,深入调查分析了事故环境、事故车辆、事故人员等信息,并以交通事故深度调查的结果为基础,选取10例具有视频图像的典型摩托车-轿车事故,建立精确的车辆多刚体模型,对案例进行事故重建,获取摩托车驾驶员动力学响应。通过头部损伤准则及视频图像,验证事故重建结果的准确性,同时对摩托车驾驶员头部损伤影响因素进行相关性分析。结果表明,在侧面碰撞事故中,头部碰撞速度与轿车行驶速度相关;而在斜碰撞事故中,头部碰撞速度与摩托车行驶速度相关。其次,以多刚体事故重建结果为边界条件,运用THUMS(Total Human Model for Safety)4.0颅脑有限元模型和挡风玻璃有限元模型,重建了颅脑损伤过程;同时提取颅骨等效应力、颅脑等效应力、颅内压力、脑组织最大主应变等生物力学损伤参数,结合相应的人体耐受极限值,分析其损伤风险并与真实事故中颅脑损伤情况进行比较。结果表明,颅脑损伤过程重建结果与真实案例中人员损伤情况基本吻合,并且当颅骨等效应力超过42MPa,颅骨可能发生骨折,而颅脑等效应力超过24kPa或脑组织最大主应变超过0.1时,可能会导致严重脑损伤。最后,依据真实头盔构建了头盔有限元模型,结合THUMS颅脑模型和轿车挡风玻璃模型,对头盔-颅脑有限元模型进行仿真,以头部损伤参数作为评价指标,研究头盔防护能力和防护效率。采用正交试验设计方法,以最低颅脑损伤参数为目标,对头盔外壳及内衬材料属性参数进行了优化研究。结果表明,优化后的头盔显著降低了头部损伤参数,提高了头盔防护效率,可以有效降低摩托车驾驶员头部损伤风险。