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BIOMECHANICS
ARTI DEVI AHLUWALIA
Academic year2022/23
CourseBIOMEDICAL ENGINEERING
Code840II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
BIOMECCANICA DEI TESSUTI BIOLOGICIING-INF/06LEZIONI60
ARTI DEVI AHLUWALIA unimap
MECCANICA IIING-IND/13LEZIONI60
ENRICO CIULLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso e' diviso in due moduli. Modulo 1. Biomeccanica dei tessuti; Modulo 2. Meccanica 2.

Modulo 1

Obiettivo e' di costruire le conoscenze fondamentali riguardo il comportamento di tessuti biologici, i modelli che lo rappresentano tendendo conto anche della loro struttura e funzione. Il corso e' focalizzato su tessuti molli (soft tissues).

Modulo 2

Al termine del corso:

  • lo studente avrà acquisito le conoscenze di base in merito alla dinamica dei sistemi vibranti a uno e due gradi di libertà liberi e forzati
  • lo studente avrà compreso gli aspetti fondamentali di attrito, usura, lubrificazione e trasmissioni meccaniche

 

Knowledge

The course is divided in two modules. Module 1. BBiomechanics of Tissues; Modulo 2. Mechanics II.

Module 1

The objective is to build the fundamental knowledge regarding the behavior of biological tissues, the models that represent it, also considering their structure and function. The course is focused on soft tissues (soft tissues).

Module 2

At the end of the course:

  • the student will know the fundamentals of dynamics of vibrating systems with one and two degrees of freedom
  • the student will be acquainted with the fundamental aspects of friction, wear, lubrication, and mechanical transmissions

 

Modalità di verifica delle conoscenze

Modulo 1

Capacita' di descrivere la struttura e funzione dei tessuti e stimare i parametri meccanici (sforzo, deformazione, moduli viscoelastici, porosita' ecc) e fisiologici dei tessuti (battito, metabolismo).

Modulo 2

Le conoscenze dello studente saranno verificate mediante prova scritta. La prova orale è obbligatoria, a discrezione del docente, solo nel caso in cui la prova scritta risulti essere al limite della sufficienza (18/30)

 

Assessment criteria of knowledge

Module 1

 Ability to describe the structure and function of biological tissues and to estimate their mechanical (stress, deformation, viscoelastic modules, porosities, etc.) and physiological parameters (heart beat, metabolism).

Module 2

The student's knowledge will be assessed by means of a written test. An oral test is mandatory, at the discretion of the instructor, only when the result of the written test is close to the minimum passing grade (18/30)

 

Capacità

Modulo 1

Per quanto riguarda il modulo “Biomeccanica dei tessuti”, al termine del corso lo studente, sarà in grado di eseguire analisi meccaniche semplici sul muscolo, sangue, cartilagine, legamenti, tendini, pelle. Avra' un apprezamento delle leggi allometriche e una solida comprensione della viscoelasticita e modelli a parametri concentrati.

Modulo 2

Al termine del corso:

  • lo studente sarà in grado di risolvere problemi di vibrazioni libere e forzate di sistemi a uno e due gradi di libertà
  • lo studente saprà utilizzare gli strumenti fondamentali per la modellazione e analisi di attrito coulombiano, usura, lubrificazione, trasmissioni meccaniche

 

Skills

Module 1

For the  “Biomeccanica dei tessuti” module, at the end of the course the student will be able to perform simple mechanical analysis on muscle, blood, cartilage, ligaments, tendons, skin. He/she will have an insight of allometric laws and a solid understanding of viscoelasticity and models with concentrated parameters.  

 

Module 2

At the end of the course:

  • the student will be able to solve problems of free and forced vibrations for mechanical systems having one and two degrees of freedom
  • the student will be able to use the basic tools for modeling/analyzing Coulomb's friction, wear, lubrication, and mechanical transmissions
Modalità di verifica delle capacità

Modulo 1

L'esame scritto richiede risoluzioni problematiche. Esame scritto finale: 50% teoria e 50% esercizi.

Modulo 2

Dopo aver sostenuto la prova scritta, gli studenti che, a discrezione del docente, dimostrano un adeguato livello di conoscenze/capacità sono esonerati dal sostenere la prova orale.

Assessment criteria of skills

Module 1

The written exam requires solving problems. Final written exam: 50% theory and 50% exercises.

Module 2


Assessment criteria of skills

Those students who demonstrate sufficient knowledge of the course topics with the written test may skip the subsequent oral examination, at the discretion of the instructor.

 

Comportamenti

Modulo 1

Nel modulo “Biomeccanica dei Tessuti”, i comportamenti che si ritiene lo studente possa acquisire sono:

  • Sensibilità nei confronti della analisi e della risoluzione di problematiche legate al comportamento meccanico di tessuti biologici;
  • Sensibilità nello svolgere esercizi legati alla stima di parametri meccanici e fisiologici dei tessuti e organi.

Modulo 2

 Lo studente potrà acquisire le competenze e la conoscenza di strumenti che sono alla base della progettazione e dell'analisi di sistemi meccanici.

 

Behaviors

Module 1

 In the “Biomeccanica dei Tessuti” module, the student can acquire the following competencies:

  • Approach the analysis and resolution of problems related to the mechanical behavior of biological tissues;
  • Approach problems related to the estimation of mechanical and physiological parameters of tissues and organs.  

Module 2

The student will be able to use tools and acquire competences underlying the design and analysis of mechanical systems

 

Modalità di verifica dei comportamenti

Modulo 1

 I comportamenti saranno verificati tramite:

  • Domande rivolte agli studenti nel corso delle lezioni frontali, per verificare l’acquisizione e il consolidamento dei concetti trattati;
  • Svolgimento di esercizi in classe;
  • Esercizi in gruppi.
  • Esame scritto

Modulo 2

I comportamenti saranno verificati mediante un'attenta analisi degli elaborati scritti, rivolgendo particolare attenzione all'impostazione del processo risolutivo. In certi casi una verifica più approfondita potrà essere effettuata mediante prova orale.

 

Assessment criteria of behaviors

Module 1

 I comportamenti saranno verificati tramite

  • Domande rivolte agli studenti nel corso delle lezioni frontali, per verificare l’acquisizione e il consolidamento dei concetti trattati;
  • Svolgimento di esercizi in classe;
  • Esercizi in gruppi.
  • Assement through:

    • Questions addressed to students during the lectures, to verify the acquisition and consolidation of the concepts treated;
    • Classwork and group work;
    • Written exam.

Module 2

Behaviors will be assessed through a careful analysis of how the solution of the written exam has been conceived, formulated and carried out, possibly complemented by an oral examination

 

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Modulo 1

Sono necessarie conoscenze consolidate di base di fisica e matematica. Sono inoltre utili, anche se non strettamente necessarie, conoscenze relative a meccanica, chimica e biochimica.

 

Modulo 2

Gli argomenti principali dei corsi di Fisica, Analisi Matematica, Algebra Lineare e tutti quelli di MECCANICA I sono di fondamentale importanza per poter seguire il corso in modo proficuo

 

Prerequisites

Module 1

Consolidated basic physics and mathematics knowledge is needed. Knowledge of mechanics, chemistry and biochemistry is also useful, even if not strictly necessary.  

Module 2

The main topics from Physics, Calculus, Linear Algebra and all topics of MECCANICA I are definitely important to profitably attend the course

 

Indicazioni metodologiche

Attività didattiche:

  • Frequentando lezioni
  • Lavoro di gruppo


Metodi di insegnamento:

  • Lezioni
  • Apprendimento a base di attività / apprendimento basato sui problemi / apprendimento basato sulla ricerca

Presenza: consigliato

 

Teaching methods

Educational activities:

  • Attending lessons
  • Teamwork

Teaching methods:

  • Lessons
  • Activity-based learning / problem-based learning / research-based learning

Presence: recommended

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Modulo 1

Biomeccanica dei Tessuti

  • Viscoelasticita' e modelli a parametri concentrati
  • Struttra e proprieta' di incomprimibilita' della matrice extra cellulare
  • Proprieta meccaniche delle proteine strutturali collagene e elastina
  • Reologia del sangue sia in vasi di grande calibro che il comportamento Farehus
  • Struttura e proprieta' meccaniche dei vasi
  • Struttura e proprieta' meccaniche del muscolo striato
  • Allometria e scaling biologico

Modulo 2

Approfondimento delle problematiche delle vibrazioni libere e forzate di sistemi a un grado di libertà. Vibrazioni libere e forzate di sistemi a due gradi di libertà. Attrito statico, dinamico e di rotolamento. Rendimento meccanico. Leggi fondamentali dell'usura e della lubrificazione. Trasmissioni meccaniche: aspetti fondamentali di ingranaggi, camme, giunti, freni.

 

Syllabus

Module 1

 

Biomeccanica dei Tessuti

  • Viscoelasticity and lumped parameter models
  • Structure and mechanical properties of  the extracellular matrix
  • Mechanical properties of collagen and elastin as structural proteins
  • Rheology of the blood both in lagreg and small conduits
  • Structure and mechanical properties of blood vessels
  • Structure and mechanical properties of striated muscle
  • Allometry and biological scaling

Module 2

Free and forced vibrations of one- and two-degrees-of-freedom systems. Static, kinetic, and rolling friction. Mechanical efficiency of machines. Fundamental laws of wear and lubrication. Mechanical transmissions: fundamental aspects of gears, cams, joints, brakes.

 

Bibliografia e materiale didattico

Moduli 1

Ampio materiale sul sito del corso.

Libro consigliato: Biomeccanica. Analisi multiscelta di tessuti biologici. Patron Editore di A. Redaelli (a cura di), F. Montevecchi (a cura di).

Modulo 2

 Testi principali:

  • Ciulli, Elementi di Meccanica, Pisa University Press
  • Funaioli, A. Maggiore, U. Meneghetti, Meccanica Applicata alle Macchine. Patron Editore

 

Bibliography

Module 1

 Extensive material on the course website.

Textbook: Biomeccanica. Analisi multiscelta di tessuti biologici. Patron Editore di A. Redaelli (a cura di), F. Montevecchi (a cura di).

Module 2

Bibliography

Main textbooks:

  • Ciulli, Elementi di Meccanica, Pisa University Press
  • Funaioli, A. Maggiore, U. Meneghetti, Meccanica Applicata alle Macchine. Patron Editore

 

Modalità d'esame

Modulo 1

L'esame è scritto e consiste in una prova di  60-120 min, con 50% di domande teoriche/qualitative e 50% di esercizi quantitativi

L'iscrizione sul portale esami.unipi.it.

Modulo 2

Prova scritta e eventuale orale

 

Assessment methods

Module 1

 The exam is written and consists of a 2 to 2.5 hour test, with 50% theoretical / qualitative questions and 50% quantitative exercises

Registration via the exam.unipi.it portal is required.

Module 2

Written test and possible oral examination

 

Altri riferimenti web

Modulo 1

http://www.centropiaggio.unipi.it/course/meccanica-dei-tessuti-biologici.html-0

 

 

Updated: 29/07/2022 10:46