近期，我校机械设备健康维护湖南省重点实验室“高端装备智能感知与运维”科技创新团队蔡志华副教授课题组在爆炸冲击波致颅脑损伤研究领域取得一系列进展，相关研究成果“Study on craniocerebral dynamics response and helmet protective performance under the blast waves”发表于国际顶级学术期刊《MATERIALS& DESIGN》（中科院一区TOP，IF: 9.417），博士生黄星源为论文的第一作者，蔡志华副教授为通讯作者。

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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111408

现代战争中，爆炸造成大量人员伤亡且因其导致的创伤性颅脑损伤占比较高，在近年频发的恐怖袭击和冲突中，爆炸性颅脑损伤成为新战争模式下单兵的主要致伤形式，是单兵面临的主要杀伤因素，对其战斗和生存能力构成重大威胁。现有头盔主要为防枪弹与破片等设计，对颅脑的防护比较有限，虽然头盔对冲击波能起到一定抵御作用，但由于冲击波传递的特殊性会造成头盔内部压力波聚集与反射，对颅脑造成更为严重的损伤。由于缺乏对爆炸波在头盔-内衬-颅骨-脑脊液-脑组织间传导规律的理解，其脑损伤机理尚未清晰阐明。因此，揭示爆炸性脑损伤的致伤机制，加强对颅脑的防护是目前急需解决的重要科学与工程问题。

基于此，围绕爆炸波致颅脑损伤问题，进行生物激波管试验、生物损伤分析、有限元模型爆炸冲击仿真等。生物激波管试验使用大型动物和小型动物进行，调节不同入射气压以模拟不同威力的爆炸冲击波，致伤后对生物进行颅脑、胸肺部的损伤分析，记录损伤区域及程度等。再使用前期建立的颅脑模型对不同部位进行仿真分析，建立爆炸冲击波-颅脑流固耦合模型，改变冲击波的加载方式及次数以模拟不同冲击工况，分析冲击波流场压力、人体动力学响应、爆炸冲击波在各组织内的传播规律等，并进行单次爆炸和重复爆炸作用下颅脑动力学响应与损伤分析，对比重复冲击时颅脑的损伤加重程度和累积效应，揭示冲击波在脑组织间的力学传导规律及爆炸波作用下颅脑损伤机理，为日后评估防护装备的防冲击波性能等提供参考，减少战时人员伤亡。

▲主要研究工作

该系列研究受到了国家自然科学基金（11972158）、中国人民解放军军事科学院国防工程研究院项目（2019-JKGF-C01）、军委科技委基础加强计划技术领域基金（2020-JCJQ-JJ-356、2019-JCJQ-JJ-150）等项目支持。

研究期间获得系列创新性成果如下：“Huang X, Xia B, Chang L, et al. Experimental study on intracranial pressure and biomechanical response in rats under the blast wave[J]. Journal of Neurotrauma, 2022.”、“Huang X, Zheng Q, Chang L, et al. Study on protective performance and gradient optimization of helmet foam liner under bullet impact[J]. Scientific reports, 2022, 12(1): 1-13.”、“常利军, 黄星源, 袁圣林, 蔡志华. 压缩载荷下UHMWPE纤维材料层合板力学性能与失效分析[J]. 高压物理学报, 2022.”、“Huang X, Hu X, Zhang L, et al. Craniocerebral Dynamic Response and Cumulative Effect of Damage Under Repetitive Blast[J]. Annals of Biomedical Engineering, 2021, 49(10): 2932-2943.”、“Chang L, Guo Y, Huang X, et al. Experimental study on the protective performance of bulletproof plate and padding materials under ballistic impact[J]. Materials & Design, 2021, 207: 109841.”、“Cai Z, Huang X, Xia Y, et al. Study on behind helmet blunt trauma caused by high-speed bullet[J]. Applied bionics and biomechanics, 2020(7):1-12. ”。