中国是交通事故伤亡人数最多的国家之一,如何避免或降低道路使用者在交通事故中的损伤,是汽车安全领域的研究热点。交通事故中,道路使用者下肢损伤的几率较高,约为29.1%,仅次于头部33.4%,下肢损伤尽管通常不会直接危及生命,却是使人致残的主要因素。因此,深入研究行人和乘员下肢在交通事故中的生物力学响应、损伤机理以及耐受极限等,对汽车安全性的提升以及汽车安全法规的完善均具有指导意义。基于一名50百分位中国成年男性志愿者的医学影像数据,分别建立了具有精细解剖学结构的行人和乘员下肢生物力学有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨等下肢骨骼以及皮肤、肌肉、韧带、关节囊、半月板等软组织。针对长骨断面几何不均匀的特征,建立了皮质骨断面厚度和形状真实变化的长骨数值模型,最大程度保证模型的仿生精度;提出使用黏弹性材料模拟膝关节韧带,并以实验数据为依据,反求膝关节各韧带的黏弹性材料参数,以准确模拟韧带在不同应变率下的拉伸力学特性。通过模拟相关生物力学实验对下肢模型进行了验证,验证结果表明:行人和乘员下肢生物力学模型具有较高的仿生可靠性,能够准确模拟下肢的生物力学响应和损伤。在验证基础上,获得了中国50百分位成人下肢各部位的耐受极限,并分析了皮质骨厚度对下肢长骨耐受极限的影响:皮质骨厚度每减薄1%,长骨抗弯极限将下降约0.7%。利用经验证的下肢生物力学模型,分别进行行人和乘员下肢的损伤生物力学研究。针对行人下肢,通过填充保险杠梯形泡沫结构,并适当降低保险杠碰撞高度,改善了某品牌汽车对行人下肢的友好性;针对乘员下肢,分析了前碰撞条件下碰撞角度对其损伤的影响:碰撞面水平旋转当碰撞面法向和股骨轴向同向时乘员KTH所受载荷较大,且碰撞面两侧小角度水平旋转、尤其向大腿外侧旋转时有利于降低其损伤风险;此外,下肢的损伤风险和撞击面法线与乘员股骨轴线在矢状面上的投影夹角紧密相关。本文建立的行人和乘员下肢生物力学模型可作为交通事故中行人和乘员下肢损伤生物力学研究的重要工具,可为汽车安全性设计提供有益的参考。