Docente
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BINI FABIANO
(programma)
DIDATTICA FRONTALE
Sistema di riferimento per l'analisi biomeccanica
• Piani e assi di riferimento per i sistemi multibody. Gradi di libertà per un sistema articolato. Giunti piani e giunti spaziali. Descrizione di posizioni e giaciture di un sistema di riferimento solidale ad un corpo mobile. Scelta dei sistemi di riferimento locali e anatomici. Sistemi per l'analisi della postura e del movimento. Applicazione alle strutture scheletriche e muscolari del corpo umano.
Articolazioni
• Gradi di libertà nelle articolazioni: spalla, gomito e polso. I movimenti elementari dell’arto inferiore: articolazione dell’anca, del ginocchio e tibiotarsica. Modello cinematico piano dell'arto inferiore.
Elementi di cinematica
• Analisi di un sistema articolato: esempio dei legamenti crociati nel ginocchio. Sistema articolato con due segmenti: modello a parametri concentrati della gamba. Modello a segmenti del corpo umano.
Geometria delle masse
• Baricentro di solidi regolari: posizione del baricentro nei segmenti del corpo umano. Baricentro di corpi irregolari: gamba piegata. Modello 2D dell'apparato locomotore.
Elementi di statica
• Applicazione dei principi della statica alla biomeccanica. Equilibrio della testa. Equilibrio della spalla. Equilibrio del gomito con tre muscoli attivi. Equilibrio della colonna vertebrale. Equilibrio del tronco. Equilibrio del femore. Il piede come elemento strutturale. Modelli posturali: il corpo come pendolo inverso a 1 g.d.l. e 2 g.d.l.
Muscoli scheletrici
• Approccio bioingegneristico e descrizione del legame struttura-funzione nei sistemi biologici. Struttura e modelli di comportamento del muscolo scheletrico. Meccanismo contrattile. Proprietà statiche e dinamiche. Relazione tra forza e velocità di contrazione. Equazione di Hill per il muscolo tetanico. Approccio modello multiscala a livello di nano-micro e meso scala per la meccanica dei tessuti a base di collagene.
Metodo degli elementi finiti (Finite Element Method - FEM)
• Introduzione al calcolo strutturale matriciale: sistemi discreti. Metodo degli spostamenti. Matrice di rigidezza di elemento, vincoli, carichi applicati e condizioni al contorno. Matrice di struttura. Discretizzazione del continuo: elementi e funzioni di forma. Matrice di elasticità. Elemento asta generalizzata nel piano. Elemento trave generalizzato nel piano. Elemento piano triangolare a 3 nodi. Analisi lineare.
ESERCITAZIONI: Utilizzo di piattaforme Open Source specifiche per illustrare i principi dei metodi numerici e computazionali per l'analisi biomeccanica.
• Modellazione degli arti inferiori o superiori, singoli o accoppiati, per analizzare e simulare le azioni muscolari e le forze scambiate.
• Modellazione della legge costitutiva elastico-lineare. Analisi dello stato di sollecitazione piana e stato di deformazione piana.
• Seminari per la presentazione di casi studio da discutere con gli allievi.
• Dispense didattiche fornite dal Docente.
• O. C. Zienkiewicz , R L Taylor, Finite Element Method: Vol 1, The Basis, Butterworth-Heinemann, 2000
• "Fondamenti di Meccanica e Biomeccanica del Movimento", Giovanni Legnani e Giacomo Palmieri, CittàStudi Torino 2016.
• "Multiscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology", De Suvranu, Hwang Wonmuk, Kuhl Ellen, Springer-Verlag London 2015.
• Nordin M., Frankel V.H. "Basic biomechanics of the musculoskeletal system" 4th Editions.2012 Lippincott Williams & Wilkins
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