创伤性颅脑损伤（TBI）是在交通事故中导致永久伤残乃至死亡的主要原因之一，造成了巨大的社会经济损失。据统计，在全球范围内平均每天约有3000人死于交通事故，并花费了大量的治疗费用。近年来，伴随着国内经济的高速发展，我国汽车总量和交通事故死亡人数已越居世界首位。仅2010年，国内由交通事故造成的死亡人数就高达65225，直接经济损失达900亿元人民币。尽管约束系统，如安全带、安全气囊，被广泛地应用到车辆中以避免乘员受到伤害，但是颅脑损伤仍然存在于车辆碰撞中。颅脑损伤不仅给人体健康造成危害，给家庭形成负担，对社会和经济也造成了极大的损失。在真实交通事故中存在骨折、脑出血、脑挫伤等许多形式的脑损伤，开展头部碰撞生物力学研究对颅脑损伤、优化安全系统提供了理论支持。本论文首先采用成年男性的头部CT和MRI扫描数据，分别建立了有、无沟回的二维头部有限元模型，并且进行材料属性的定义。模型包括大脑、小脑、胼胝体、脑干、脑脊液和颅骨等结构，而且区分了大脑组织中的白质和灰质。通过两个模型的仿真对比研究，结果表明沟回对颅脑相对位移的影响较小。然而二维模型的材料参数偏高，为了更能说明沟回对颅脑响应的影响，在二维模型的基础上建立了有、无沟回的切片模型，仿真结果表明虽然大脑沟回对颅内压力的影响较小，但改变了应力的大小和应变的分布，从而建议在人体头部模型建模过程中需要考虑到沟回结构。本文基于头部CT和MRI扫描数据，建立了一个三维头部有限元模型。模型包括了大脑沟回在内的人体头部必要的解剖学结构。三维头部有限元模型一共包含695，947个实体单元和128，043个壳单元，模型总质量约为4.6kg。根据相关文献，对材料属性进行了定义。采用Nahum颅内压实验，Trosseille颅内动力学响应实验以及Hardy颅脑相对位移实验数据对三维颅脑有限元模型进行有效性验证。同时根据Yoganandan的实验数据对模型的侧面碰撞进行验证。结果表明所建立的三维头部有限元模型稳定性较好，可以进行颅脑损伤的研究。采用三种不同的高度将三维头部模型跌落，以前额和颞叶两种不同的部位撞击泡沫和木质两种材料的地面上，从而对大脑响应进行对比分析。结果表明在撞击位置不变，地面材料相同时，颅内压力、大脑最大von Mises应力均随着跌落高度的增加而增大；在撞击位置不变，跌落高度相同时，颅内压力、大脑最大von Mises应力随着地面材料从泡沫改变到木板而增大；在跌落高度不变，地面材料相同时，撞击颞叶部位会造成更大的颅内响应，从而导致更严重的损伤。综上所述，虽然二维头部有限元模型可以作为研究颅脑响应的一种方法，但是材料参数的偏高导致了其应用的局限性。而本文中切片模型的应用克服了这种问题，能够更好地观察大脑局部的损伤，具有很好的研究利用价值。论文中所建立的三维头部有限元模型包括了复杂的大脑沟回结构，更精细地重现了人体头部结构，通过仿真对颅脑损伤研究提供了借鉴意义。