头部损伤是交通事故中非常常见的一种损伤类型，每年有数以亿计的人遭受到不同程度的头部损伤。头部损伤是低于45岁人群的最大致命因素，其死亡率高达68%，是所有损伤类型中最高的。头部损伤还可能导致各种能力丧失及后遗症，对社会和个人都将造成巨大的经济损失。因此开展关于头部交通伤损伤形式、损伤机理、耐受限度和防护措施的研究有着十分重要的现实意义。本文通过建立并验证一个人体头部有限元模型来研究汽车碰撞事故中，当乘员头部与安全气囊发生碰撞时，人体头部的动力学响应和损伤机理，从而为我国汽车安全性和头部损伤防护研究提供一个有效的方法和手段。首先对一位符合50百分位人体尺寸标准的男性志愿者头部进行扫描得到CT数据，然后利用专业的医学图像处理软件对头部三维模型进行几何重建，最后对所建立的头部几何模型进行有限元网格划分，赋予相应的组织材料参数。建立的人体头部三维有限元模型包括：头皮、颅骨（分为皮质骨和松质骨）、硬脑膜、脑脊液、软脑膜、大脑、小脑、脑室、脑干、脑镰和脑幕等组织结构。整个头部模型由44929个节点，53036个单元组成，头部模型质量为4.02kg。此外，基于1976年的Nahum颅内压力实验验证了头部动力响应参数以及颅内压力。结果表明，模型具有较高的生物仿真度，可用于碰撞接触力、头部加速度和颅内压力等相关参数的研究。紧接着介绍了安全气囊的组成及工作原理，回顾了安全气囊的应用历史及计算机模拟仿真的发展过程和研究进展，介绍了均匀压力气囊充气模型，并根据这个理论建立了一个气囊有限元模型，在定义了气囊各部分属性及材料后，该气囊即可用于后续的头部与气囊碰撞的模拟仿真。将通过验证的头部有限元模型应用于与安全气囊的仿真研究，与安全气囊的碰撞仿真结果表明：在不系安全带的情况下，安全气囊在低于40km/h的低速碰撞时可以有效地保护乘员，而在高于40km/h时，由于气囊来不及展开，气囊高速喷射气体反而会对乘员造成伤害，并根据参考有关文献得到的颅骨损伤限值预测了颅骨的骨折损伤。