研究汽车碰撞中乘员的损伤机理对于保护生命、降低交通事故损失、提升车辆产品开发水平具有重要意义。数据显示,胸部钝性冲击引起的心脏及血管破裂是乘员死亡的主要原因之一。现阶段对乘员胸部的钝性损伤研究多集中在肋骨骨折、胸腔变形,对内部器官组织尤其是心血管系统的损伤尚缺乏认识。人体心脏及与之相连的血管内充满大量血液,其中血液的流速、压力等物理场会随心动周期不断变化。基于生物力学法研究心血管系统的钝性损伤涉及剧烈边界下的多物理场耦合问题、人体生理特征数字化建模等难点,故目前成果极少。本研究基于人体解剖结构建立精细化心血管系统生物力学模型,根据血液与心肌、血管、瓣膜等结构的接触特点,分区采用网格法、流体腔法、光滑粒子动力学法建立耦合模型并开展仿真工作。提取不同心动周期时心血管系统的主要特点,在模型中设置不同条件模拟其生理状态,进一步分析乘员心血管系统的钝性损伤机理。研究了血流对乘员主动脉钝性损伤的影响。针对与人体主动脉特性相似的猪主动脉进行材料实验,建立主动脉有限元模型并根据实验结果赋予其材料属性。乘员胸部受到正面冲击时,主动脉在前胸壁的挤压下常受到压缩位移载荷并引起峡部的典型破裂。为考虑血流对主动脉破裂的影响,分析了血管模型内填充血液和不填充血液两种情况下,主动脉受到压缩位移载荷时的应变分布特点。当不考虑血流作用时,主动脉壁弯曲过程中的凹陷形态不符合人体正常生理特点,且主动脉的钝性破裂部位也与临床特征差异较大。仿真考虑血流作用时,能够再现主动脉峡部破裂的典型损伤特点。故在后续利用数值模拟方法研究心血管系统钝性损伤机理时,血流的模拟是提高仿真精度及应用水平的关键。基于人体医学影像建立精细化的心脏及血管模型,利用人造瓣膜的设计方法建立主动脉瓣模型。心肌及主动脉与血液的接触关系类似容器包裹液体,故采用流体腔的方法来模拟它们之间的流固耦合接触以平衡仿真的计算效率与精度。心脏瓣膜被包裹在血液之中,瓣膜的运动过程极大的影响了血液的边界,甚至会造成流体域的分割导致计算困难。采用光滑粒子动力学方法模拟瓣膜与血液之间的耦合接触,该无网格方法可以解决传统网格方法中遇到的流体域畸变问题。将建立好的心血管系统流固耦合模型与前期开发的乘员整人模型进行装配,利用胸部钝性冲击仿真以及生理状态下瓣膜开闭运动仿真对模型进行了仿生度验证,证明了模型的有效性。根据不同心动周期时刻心脏内血压变化及瓣膜运动特点,设定不同的初始条件、接触条件及耦合条件来模拟不同生理状态的心脏,分析心动周期对钝性心脏损伤的影响。心肌损伤风险与碰撞时房室瓣膜的开闭状态有直接关系,当心脏处于心室充盈期（房室瓣膜开启）受到冲击时,心肌会产生更大的应力及更高的损伤风险。同时,主动脉瓣的损伤风险也与其在碰撞时刻的开闭状态有关。心脏处于舒张末期时主动脉瓣处于关闭状态,若此时受到冲击,瓣膜两侧突变的血压引起瞬时压力差导致瓣膜更容易受损。将包含心血管系统耦合模型的乘员模型置于车内环境,研究乘员与转向盘、车门等车内部件进行钝性碰撞时心血管系统的损伤响应。转向盘平面与竖直方向的夹角越小,会引起更大的心脏内血压以及心肌应力,导致心脏和瓣膜均处于较高的损伤风险。乘员在正碰及侧碰工况下主动脉具有不同的钝性破裂机理。正面碰撞下,胸骨与脊柱对主动脉的前后挤压是导致主动脉峡部破裂的主要原因。乘员受到左侧撞击时,主动脉弓发生扭曲引起破裂;乘员受到右侧撞击时,主动脉峡部严重拉伸从而导致撕裂。本研究基于人体解剖学、生理学原理,结合生物力学、流体动力学等方法,建立并验证了考虑血流和心动周期的心血管系统损伤分析模型和方法。研究了生理状态对胸部碰撞损伤的影响,为胸部损伤的机理分析、预测和评价给出了更全面可靠的结果。形成的建模及研究方法体系可用于人体其他组织器官的损伤分析,提升了生物力学方法在乘员损伤仿真上的应用水平。