无论在体育活动、汽车正面碰撞,还是由反车辆地雷造成创伤的军事活动中,足下冲击载荷引起的下肢损伤是最常见的损伤部位之一。在下肢损伤中,踝关节损伤通常会导致长期的损伤。受限于人体志愿者实验的伦理、道德约束和实验的风险,人体有限元模型常被开发用于研究各类冲击载荷下的人体损伤机理、耐受限度以及评估与改进相应防护装置的有效性。尽管已建立了一些下肢和足踝关节的损伤预测模型,但模型验证非常有限,很少考虑在不同冲击速度下损伤预测的可靠性和真实性。另一方面,以往模型的验证多集中在中立位,而未考虑其他足姿。因此,本研究旨在优化、全面验证足-踝-腿模型,并用它来探究小腿在不同足下负荷坏境下的损伤反应,为适应多种载荷条件下的物理假人设计提供理论依据。首先,从课题组已建立的人类活动下肢（HALL）中提取足-踝-腿模型,并基于MRI扫描影像及足部解刨学图谱完成了足踝韧带建模,并定义了准确的材料模型和参数。足-踝-腿模型在允许的旋转载荷条件下进行全面验证,如背屈、内翻/外翻和外旋。并且通过生物力学刚度和损伤位置的实验数据进一步验证了其对加载速率和初始足姿的敏感性。结果表明,该模型具有较好的生物逼真度,可用于后续进一步分析不同足下冲击速度与初始足姿下的损伤规律。其次,利用基于克里金算法的定位模块,完成了不同足踝姿势模型的转换。为探究下肢的耐受限度和生物力学动态响应,我们建立了仿真矩阵来研究不同的足下冲击速度与初始姿势的影响。结果表明:从-15°到30°,中立位始终表现出最大的耐受限度,在背屈30°最小,其中中立位与背屈30°的耐受力的差距为1.5倍以上。且随着冲击速度的增加,胫骨的断裂力也增加。从2 m/s到14 m/s,峰值胫骨力在所有姿势中至少增加1.9倍。因此,我们认为在定义足-踝-腿损伤对足下冲击载荷的耐受性时,包括加载速率和初始足姿因素是必要的。最后,通过三种常见的膝关节角度探究了下肢在不同足下冲击速度下的动态响应,并耦合HALL模型与HybridⅢ假人上半身模型。在三种典型姿势下,对比了混合模型与HybridⅢ假人模型在无损伤的足底冲击载荷下的生物力学响应特性差异。初步提出改进假人下肢方案以提高足下冲击载荷下的生物保真度。综上所述,本研究对足-踝-腿模型进行了全面验证,探究了足踝区域在不同足下冲击速度和初始姿势下的损伤规律,并通过对比HALL模型与假人下肢模型的生物力学动态响应,提出假人下肢改进设计方案,以构建适用于多种典型足底冲击载荷坏境下的假人下肢,为各类冲击载荷下的人体下肢损伤评估、防护策略与装置改进奠定理论基础。