随着国民经济的快速发展以及境内外国际形势的日益复杂,工业火灾、化学化工事故和爆炸的危险不断增加,救援行动面临的救援环境日益复杂,给救援行动带来了一定的困难。为了保障救援人员的生命安全,在救援行动中,给救援人员提供救援个体防护装备是不可缺少的,我国目前主要使用的救援装备有消防服、防化服、避火服、排爆服等装备,在救援过程中,除了排爆服外,其余服装的穿戴都必需佩戴氧气瓶。由于救援装备的特殊性和设计方面可能存在的问题,在救援过程中,救援人员会出现脱水,脱力等不适感,长时间的穿戴,救援人员会产生疲劳感甚至对身体产生一定的损伤。因此,探究人体在救援个体防护装备作用下的生物力学响应,对优化救援防护装备,提高救援工作效率有一定意义。本文在前人工作的基础上,针对救援过程中,经常穿戴的消防服、防化服、避火服、排爆服四套救援装备,设计了一套实验,在相同的实验环境下,对9名受试消防队士兵分别穿戴四种不同装备进行实验,实验包括静态测试和动态测试。静态测试受试士兵的肩部,腰部和背部的压力,动态测试受试士兵的主观疲劳感受,并将其量化为主观疲劳感数值。对获得的静态压力数据结合动态疲劳感数值进行分析研究,结果显示装备质量大小是影响肩部压力与主观疲劳感的重要因素,质量越大,肩部受到压力越大,产生不适感越强烈。实验发现,氧气瓶背负在服装外部的消防服,肩部受到的压力较小。挑选符合中国人平均身体尺寸的志愿者,进行CT、MRI扫描,获得全身肌肉与骨骼解剖学结构的三维点云数据,将获得的数据导入Mimics软件,利用点云数据经过处理获得人体几何模型。将其中斜方肌、三角肌、肩胛舌骨肌、肩胛提肌、胸大肌、斜角肌、锁骨、肋骨、椎骨、肩胛骨等肩部周围人体组织部分的几何模型,经过ICEM-CFD模块与Hypermesh软件划分网格建立了有限元模型;依据相关文献,设定人体模型的肌肉与骨骼的材料属性数据。在此基础上,对穿戴消防服的人体进行了仿真,仿真所得肩部压力数据与实验数据对比,结果一致,验证了所建模型的有效性和可靠性。最后利用所建的模型,对穿戴四种不同救援防护装备的人体进行了仿真,得到了人体生物力学响应。其中,排爆服作用下的人体内部应力最大,长时间穿戴,最容易发生劳损的部位为,三角肌、锁骨、斜方肌。消防服、防化服、避火服作用下的人体内部应力大小差距不大,最容易发生损伤的部位为三角肌、斜方肌、锁骨。肩胛舌骨肌、肩胛骨。对改变穿戴消防服时氧气瓶背带宽度大小后的人体进行仿真,总结得到,背带宽度越大,肩部压力越小。故提出对背负氧气瓶的救援防护装备可以通过增加背带宽度,减小穿戴该装备带来肩部压力的优化方案。