在交通、建筑和体育运动的意外事故中,头部损伤是对人们造成生命威胁的主要原因。通过观察发现,部分鸟类在坚硬的表面啄食或者啄击时,头部会受到较强的冲击,可是它们的大脑却没有因此受到损伤。因此,通过研究此种鸟类头部抗冲击的特点,可以为防护装备提供新的设计思路和方向。根据鸟类的啄食特点,本文主要对啄木鸟、鸽子和鸡三种鸟类头部的抗冲击特性进行分析。首先由实验测得鸟类啄击时的频率、速度和啄击力等数据,此外,通过定义及计算三种鸟类的全身动能密度,判断出啄木鸟头的抗冲击性能远远好于鸽子和鸡为了获得精确的鸟头模型进行数值模拟,采用逆向工程的方法建立鸟头的三维模型。首先通过Micro-CT将鸟头扫描获得切片图像,然后利用逆向工程软件建立三维几何模型,再对模型进行精细的网格划分,最后利用有限元软件Abaqus模拟三种鸟类的啄击过程。通过分析三种鸟类头骨和大脑中的应力波传播情况,发现啄击过程中啄木鸟主要是通过上鸟嘴传播应力波,而鸽子和鸡主要是通过下鸟嘴传播应力波。三种鸟类头部的高值应力主要集中在鸟嘴骨,而大脑处位置的头骨应力值较低,应力波的传播路径和较长的鸟嘴对大脑起到了很好的保护作用。在整个啄击过程中,鸟头各结构均处于安全水平。随着啄击碰撞的结束,头骨和大脑的应力均出现衰减趋势,但大脑应力衰减的时间比头骨长。对头部进行模态分析表明,三种鸟头部的固有频率均高于啄食工作频率,防止啄击时产生共振。啄木鸟头的一阶旋转振型方向为沿着垂直于矢状面的方向,鸽子和鸡头的一阶旋转振型方向为沿着啄击方向。鸟头骨体积与整个头部体积越大,鸟嘴长度与整个头部长度的比值越大,乌头的抗冲击性能越好。