新型防弹头盔虽能对人体颅脑提供较好的保护,但高速高能弹体冲击防弹头盔形成的冲击动能会导致严重的创伤性脑损伤,因此,对高速冲击载荷下颅脑损伤的研究是目前急需解决的重要科学与工程问题。本文基于已建立和验证的人体颅脑有限元模型,建立了具有流固耦合特性的人体颅脑模型和具有颅骨微结构的跨尺度颅脑模型。在Hypermesh软件中将颅脑模型脑脊液改为液体材料,使其更符合人体真实响应,将“颅骨-脑脊液-脑”采用ALE算法建立流固耦合接触;在流固耦合颅脑模型基础上,利用Hypermesh和UG NX软件建立颅骨微结构模型,将其与宏观模型进行连接,建立颅脑跨尺度模型。为了验证颅脑模型的有效性,本文基于Raymond D颅骨对钝性冲击的耐受性的实验数据对流固耦合模型进行验证,并对比了颅脑模型有无流固耦合生物力学响应;基于Torimitsu S颅骨三点弯曲实验的数据对颅骨微结构进行验证,对比了颅骨微结构有无孔状结构生物力学响应;基于本文宏观模型枪弹冲击仿真研究数据对跨尺度模型进行验证。仿真结果表明所建立的颅脑模型能真实有效的反应颅脑生物力学响应,且改善后的模型生物力学响应更精准,可用于高速冲击载荷下颅脑损伤研究。将验证后的颅脑模型进行高速冲击载荷下的动力学仿真,通过对比分析枪弹不同方向冲击流固耦合颅脑模型产生的头盔背面变形、颅脑生物力学响应等,从而研究高速冲击载荷下颅脑损伤机理及防弹头盔的防护性能。接着对跨尺度模型进行前方冲击模拟,通过对比分析颅骨微结构枪弹冲击面、靠近枪弹冲击中心面和远离枪弹冲击中心面三个方向的位移和应力传播方式,对比外层、内层皮质骨和松质骨上的应力曲线,从而对颅骨微结构进行损伤研究,从而研究颅骨微结构损伤机理。结果表明,枪弹冲击防弹头盔对颅脑的损伤与枪弹冲击方向有关,在前方的BFD值最大,且BFD值与文献基本吻合,进一步证明了颅脑模的有效性;左边的颅脑损伤比其他三个方向严重,当头盔背面变形量越大时,吸能越多对颅脑损伤越小;对脑组织的损伤,因为颅脑模型的复杂性,前方损伤比顶部后方严重。在高速冲击载荷下跨尺度模型研究中,颅骨微结构位移以枪弹冲击中心向外扩展;在靠近枪弹冲击中心面处松质应力较大,而在远离枪弹冲击中心面处皮质骨应力较大。