ECTS - University of Pisa
I. Studio della viscoelasticità lineare e uso di modelli a parametri concentrati per la descrizione del comportamento meccanico dei tessuti biologici. Studio dei concetti base della dinamica dei fluidi. Descrizione del comportamento meccanico del tessuto connettivo, dei muscoli, del sangue e dei vasi sanguigni. Descrizione quantitativa della sollecitazione e della deformazione dei diversi tessuti e stima della sollecitazione tangenziale nei vasi sanguigni.
II. Studio della sollecitazione e deformazione dei solidi tridimensionali, equazioni costitutive e loro parametri. Soluzione di semplici problemi strutturali con materiali elastici, lineari, omogenei ed isotropi nel caso specifico di travi e gusci e calcolo dei coefficienti di sicurezza a resistenza statica. Studio dei problemi iperstatici per i solidi monodimensionali. Concetti base della teoria dei gusci. Identificazione degli elementi strutturali in applicazioni biomedicali.
I.Understand linear viscoelasticity and the use of lumped parameter models to describe the behaviour of biological tissue. Understand simple fluid dynamics . Describe and quantify the mechanical behaviour of connective tissue, muscle (heart and skeletal), blood, blood vessels. Provide quantitative estimates of stress and strain on different tissues, quantitative estimates of shear stress in blood vessels.
II.Understand stress and strain in 3D solids, constitutive equations and their parameters. Address and solve problems involving elastic, linear, homogeneous and isotropic materials. Solve problems involving elastic beams in 3D configurations, both static and hyperstatic, with estimation of safety factors in static conditions. Basic concepts of shell theory. Identify structural elements in biomedical systems.
I. L'esame scritto di 2-3 ore verterà sulla abilità dello studente di risolvere problemi numerici e di dimostrare una buona conoscenza del comportamento meccanico dei materiali studiati nel corso. La relazione tecnica dello studente dovrà essere svolta in lingua inglese sotto forma di prestazione e relazione scritta su analisi di dati e rappresentazione grafica dei risultati.
Metodi:
Ulteriori informazioni: peso esame (60%), report (40%). Lo studente dovrà preparare un report scritto utilizzando i dati acquisiti durante demo o visite di laboratorio. Alcune lezioni saranno dedicate alla spiegazione di come redigere opportunamente un report tecnico ed analizzare i dati.
II. Nell'esame scritto di 3 ore, lo studente dovrà dimostrare le proprie conoscenze risolvendo quantitativamente tre semplici problemi strutturali riguardo la resistenza e rigidezza strutturale di travi e gusci. Un breve questionario saà inoltre proposto sugli argomenti teorici trattrati.
Part I: The 2-3 hours written exam will focus on the student's ability to solve numerical problems and demonstrate a good understanding of the mechanical behaviour of soft tissues. The student's report will be written in English. It will be assessed in terms of presentation and structure (scientific short paper format), data analysis and graphical displays.
Methods:
Further information:
written 60%, report 40% In part I the student is asked to prepare a written report using data either acquired during demos or obtained from lab visits. A few lectures are dedicated to the art of report writing and simple data analysis.
Part II: In the written exam (3 hours), the student must demonstrate his/her knowledge of the theory explained during the course by quantitatively solving three simple problems involving beams and shells. Six further questions will be used to evaluate his/her knowledge on other theoretical topics.
Delivery: e-learning
Attività per l'apprendimento:
Partecipazione: consigliata
Metodologia didattica:
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
I. Modelli viscoelastici a parametri concentrati. Meccanica del creep e rilassamento tensioni. Proprietà meccaniche e molecolari del collagene e dell'elastina. Meccanica della cartilagine, dei legamenti, dei tendi, della pelle e dei vasi sanguigni. Reologia del sangue. Comportamento isometrico e isotonico dei muscoli, equazione di Hill. Meccanica del cuore, legge di Frank-Starlings, curva PV, performance. Analisi della sollecitazione e della deformazione.
II. Sollecitazione e deformazione nei solidi tridimensionali: tensore di Cauchy e delle piccole deformazioni. Relazioni costitutive per i materiali elastici, lineari, omogenei e isotropi. Energia di deformazione locale e globale. Teoria della trave: forza normale, flessione, torsione e taglio. Calcolo del coefficiente di sicurezza a partire dai criteri di snervamento di Tresca e Von Mises. Studio dei problemi iperstatici e di stabilità per le travi. Analisi della sollecitazione e deformazione per i gusci. Casi studio di semplici problemi nell'ambito dei sistemi biomedicali.
I. Simple lumped parameter viscoelastic models. Creep and stress relaxation behaviour. Mechanical and molecular properties of collagen and elastin. Mechanical behaviour of cartilage, ligament,tendons, skin and blood vessels. Rheology of blood (plug flow, plasma skimming). Muscle isometric and isotonic behaviour, Hill equation. Heart mechanics, Frank- Starlings law, PV curve, performance. Stress strain data analysis.
II. Deformation and stress in 3D: stress and strain tensor, Cauchy theorem. Constitutive relations for elastic, linear, homogeneous and isotropic materials. Local and global deformation energy. Beam theory: shear, bending, torque and axial force in straight beams. Yield criteria: Tresca, Von Mises. Estimation of the safety factor. Stability: how to estimate the critical axial load depending on the constraints. Stress and strain analyses for shells. Case studies of the application of structural methods to biomedical systems.
Radaelli & Montevecchi, Biomeccanica
Marco Beghini, Lezioni ed esercitazioni di Tecnica delle Costruzioni Meccaniche
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