头盖骨作为抵御外部冲击对脑组织破坏的介质,对于保障人的生命安全具有及其重要的作用。然而数据表明,头盖骨也是人体最易遭受创伤的部位。因此,对头盖骨在外部载荷作用下的变形和失效机制研究成为众多学者关注的焦点。研究头盖骨受到损伤时的生物力学行为对于头部损伤的预防、替代材料的开发、防护装备设计、新型结构研发以及司法鉴定等具有重要的意义。头盖骨的实验研究方法具有诸多缺陷和限制,因此本文将采用有限元模拟的方法对头盖骨在准静态作用下的弯曲性能和失效机制进行研究。首先,对头骨样品进行了CT扫描,获取了头骨的二维断层图像。利用逆向工程技术,获取了与真实头骨相似度较高的三维重建头骨模型并重建出了头骨的二维断层截面。基于重建的头骨截面,获得了二维拉伸头骨模型和多截面组合头骨模型两种头骨的简化模型。其次,采用不同的本构模型模拟了二维拉伸头骨模型的三点弯曲实验,模拟结果表明,两种本构的模拟所获得的极限载荷和弯曲强度均在其他学者的实验范围内,证明了本构模型的可靠性。分别考察了头盖骨在三点弯曲作用、分布载荷作用以及外力挤压等不同工况下的破坏模式。研究了年龄因素对头盖骨力学性能的影响。选取了不同的重构截面,比较了不同截面的二维拉伸头盖骨模型的力学性能差异。再次,对多截面组合头骨模型的三点弯曲进行了有限元模拟,分析了其载荷—位移曲线特征及应力分布状态,并对比了多截面组合头骨模型与二维拉伸头骨模型的承载能力差异。模拟了多截面组合头骨模型在分布载荷作用下的变形和失效,并考察了头骨的承载能力与分布载荷作用范围之间的关系。最后,分别模拟了长度沿x、y方向的两个三维重建头骨模型在分布载荷作用下的力学性能和失效机制,分析了两个模型弹性阶段的应力分布状态和破坏过程,并比较了方向互相垂直的两个头骨力学性能的差异,证明了头骨的各向异性特征。对比分析了三种有限元模型的承载能力、断裂过程和计算成本差异。