创伤性脑损伤是道路交通事故中导致人员伤亡的主要损伤形式,研究结果表明因重度创伤性脑损伤导致人员死亡占道路交通事故总死亡人数的比例超过30%,严重危害着国民生命安全。因此,厘清碰撞载荷与脑损伤生物力学特性,从而为人员防护装备、汽车安全技术的开发和汽车安全相关法规的完善提供科学依据,具有重要的学术价值和实际意义。本文的主要研究目的是研究计入脑神经纤维特征的颅脑模型跨尺度耦合建模方法,完成颅脑-神经纤维的跨尺度耦合建模;参照生物力学实验数据,开展头部机械冲击载荷下颅内动力学响应预测的有效性验证,并进一步探究面向弥漫性脑损伤的头部载荷特征与颅内动力学响应的关联机制。首先,基于人脑神经纤维空间分布特征数据,建立了脑神经纤维有限元模型,构建了颅脑-神经纤维跨尺度耦合模型。基于人体头部平均核磁共振医学影像数据,在DSI-Studio软件环境下,完成脑神经纤维的区域化追踪重建并计算区域化的脑神经纤维直径,获取了人脑神经纤维空间分布特征数据。基于LS-DYNA显式有限元法,通过自主编程构建了脑神经纤维空间有限元模型。以精细化处理后的THUMS颅脑有限元模型为基础,运用全局缩放方法,完成了脑神经纤维与脑组织的空间匹配。运用嵌入式有限元法,实现了颅脑-神经纤维跨尺度耦合建模。第二,搭建材料参数自动化求解平台,完成了脑组织基体与神经纤维材料模型参数的整体寻优反求。基于人体脑组织动态实验数据,结合胼胝体区域的神经纤维空间分布特征参数,分别建立了最大应变为0.5、应变率为30 s-1的脑白质（有神经纤维）和脑灰质（无神经纤维）动态实验有限元仿真模型。运用优化算法和有限元仿真相结合的方法,搭建了mode FRONTIER、LS-DYNA和MATLAB联合计算的脑组织材料参数自动化求解平台。运用相关性评价法（CORrelative and Analysis,CORA）,以参考实验测量的工程应力-应变均值曲线与仿真预测结果的相关系数最大化作为优化设计的目标函数;运用多目标遗传算法完成了脑组织材料模型参数的迭代寻优求解。第三,基于已有生物力学实验数据,完成了头部机械冲击载荷下颅脑-神经纤维跨尺度耦合模型对颅内动力学响应预测的有效性验证。基于6种头部机械冲击载荷生物实验数据,运用颅脑-神经纤维跨尺度耦合模型开展了有限元仿真重建。运用CORA计算仿真预测的颅-脑相对位移和参考实验测量结果的相关性,同时分析了机械冲击载荷作用下脑组织变形过程,验证了颅脑-神经纤维跨尺度耦合模型对颅内动力学响应预测的有效性。最后,面向机械冲击载荷下人体弥漫性脑损伤,构建头部碰撞仿真矩阵,探究了头部冲击载荷与颅内动力学响应的关联机制。基于机械冲击载荷导致人员脑损伤的相关数据,分析机械冲击载荷特征,构建头部碰撞仿真矩阵,运用颅脑-神经纤维跨尺度耦合模型开展了60组有限元仿真。定量地对比不同机械冲击载荷作用下仿真预测的应变相关动力学响应参数（Cumulative Strain Damage Measure-CSDM和轴索应变分布）,探究了头部冲击载荷对弥漫性脑损伤的影响。综上所述,本文建立的脑组织材料模型参数自动化求解平台能够有效求解脑组织材料模型参数,建立的颅脑-神经纤维跨尺度耦合模型是开展面向弥漫性脑损伤生物力学研究的有效工具;探讨了头部冲击载荷与颅内动力学响应的关联机制:脑组织应变响应主要由旋转载荷引起的;头部运动方向、载荷波形形状、旋转加速度及其持续作用时间、旋转减速度及其持续作用时间对脑组织应变响应有明显影响。