Przeskocz do głównej zawartości



Katedra Mechaniki i Inżynierii Obliczeniowej
Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska
44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18A
tel. +48 32 2371204   fax. +48 32 2371282

Strona główna
Przedmioty
Pliki do pobrania
Kontakt
  

Skip Navigation Links
Struktura Katedry
Oferta współpracy
LaboratoriaExpand Laboratoria
Nasi absolwenci
Wydarzenia
PracownicyExpand Pracownicy

Dydaktyka
Skip Navigation Links
Prace dyplomowe
Projekty inżynierskie
Specjalności
Przedmioty
Pliki do pobrania
Podręczniki i skrypty
Praktyki studenckie
Koła naukoweExpand Koła naukowe

Działalność
naukowa
Skip Navigation Links
Profil naukowy
Przykłady badańExpand Przykłady badań
Projekty badawcze
Rozprawy doktorskie
Konferencje naukowe

<marzec 2024>
PnWtŚrCzPtSoN
26272829123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031
1234567

Numeryczne modelowanie układów biologicznych

Kierunek: Automatyka i Robotyka
Specjalność
: AB3
Semestr: II
Punkty ECTS: 3
Prowadzący: Prof. dr hab. inż. Antoni John


Opis przedmiotu

Wykłady mają przybliżyć podstawy teoretyczne numerycznego modelowania układów biologicznych, w szczególności
tkanek kostnych i tkanek miękkich. Krótkie wprowadzenie do metody elementów skończonych. Podstawy teorii sprężystości,
plastyczności i reologii. Podstawowe modele tkanek twardych i miękkich i przykładowe sposoby rozwiązywania zagadnień brzegowych
dla tych modeli. Własności mechaniczne tkanki kostnej. Dobór stałych materiałowych dla wybranych modeli tkanek twardych i miękkich.
Omówienie układu kostnego i mięśniowego w obrębie stawu biodrowego człowieka i przedstawienie sposobu modelowania z
wykorzystaniem metody elementów skończonych.
Laboratoria mają w praktyce przedstawić sposoby numerycznego modelowania tkanek twardych. Sprawdzeniem przyswojenia materiału
będzie samodzielne rozwiązanie zadanego zagadnienia. Ćwiczenia obejmują: modelowanie fragmentów kości miednicy elementami
powłokowymi, analiza naprężeń i przemieszczeń w modelu powłokowym kości miednicy, modelowanie kości długich elementami
bryłowymi, analiza przemieszczeń i naprężeń w modelach kości długich, budowa modelu warstwowego wybranych fragmentów kości
miednicy, analiza numeryczna modelu warstwowego wybranych fragmentów kości miednicy, modelowanie wybranych elementów
układu mięśniowego człowieka.


Program przedmiotu

  • wykład: 15 godzin w semestrze
  • ćwiczenia: 15 godzin w semestrze

Tematyka wykładów i laboratoriów

Omawiane zagadnienia:

  • Krótkie wprowadzenie do metody elementów skończonych.
  • Podstawy teorii sprężystości, plastyczności i reologii. Podstawowe modele tkanek twardych i miękkich i przykładowe sposoby rozwiązywania zagadnień brzegowych dla tych modeli.
  • Własności mechaniczne tkanki kostnej.
  • Dobór stałych materiałowych dla wybranych modeli tkanek twardych i miękkich.
  • Omówienie układu kostnego i mięśniowego w obrębie stawu biodrowego człowieka i przedstawienie sposobu modelowania z wykorzystaniem metody elementów skończonych.

Laboratoria mają w praktyce przedstawić sposoby numerycznego modelowania tkanek twardych. Sprawdzeniem przyswojenia materiału będzie samodzielne rozwiązanie zadanego zagadnienia.

Ćwiczenia obejmują:

  • modelowanie fragmentów kości miednicy elementami powłokowymi,
  • analiza naprężeń i przemieszczeń w modelu powłokowym kości miednicy,
  • modelowanie kości długich elementami bryłowymi,
  • analiza przemieszczeń i naprężeń w modelach kości długich,
  • budowa modelu warstwowego wybranych fragmentów kości miednicy,a
  • naliza numeryczna modelu warstwowego wybranych fragmentów kości miednicy, modelowanie wybranych elementów układu mięśniowego człowieka.

Warunki zaliczenia


Literatura

  • A. Morecki, J. Ekiel, K. Fidelus „Bionika ruchu”
  • Będziński R.: Biomechanika inżynierska. Zagadnienia wybrane.
  • W. Derski „Zarys mechaniki ośrodków ciągłych”
  • J. Ostrowska-Maciejewska „Mechanika ciał odkształcalnych”
  • W. Nowacki „Teoria sprężystości”
  • J. Skrzypek „Plastyczność i pełzanie”
  • Y.C. Fung „Continuum mechanics”
  • Kleiber M. (Ed.): Handbook of Computational Solid Mechanics. Survey and Comparison of Contemporary Method.
  • A. John “Identyfikacja i analiza parametrów geometrycznych i mechanicznych kości miednicznej człowieka”. ZN Pol. Śl., Mechanika z. 147

Przykładowe wyniki badań i analiz komputerowych

Budowa stawu biodrowego
1. Kość miedniczna 2. Więzadło kulszowo-udowe 3. Więzadło biodrowo-udowe 4. Kość udowa

 


Kości miednicy człowieka

 


Mięśnie obręczy kończyny dolnej i mięśnie uda


Hierarchiczna struktura kości
1. Włókna kolagenowe (średnica włókna 0,1 μm)
2. Struktura płytkowa (grubość płytki 10 μm)
3. Pierwotna struktura warstwowa (grubość warstwy 500 μm)
4. Struktura gąbczasta (beleczkowa) Struktura zbita (korowa) (grubość warstwy >1000 μm)

 


Maksymalne naprężenia główne w MPa, Naprężenia zredukowane w MPa


Odkształcenia minimalne, Odkształcenia maksymalne


Przemieszczenia wypadkowe,  Przemieszczenia – składowa pionowa

      
Model numeryczny kości miednicy,  Stanowisko badawcze


Przykładowe pola przemieszczeń przedstawiające kolejno przemieszczenia w kierunku osi X, Y i Z oraz wypadkowe dla preparatu pierwszego


Rozkład grubości części zbitej kości miednicy człowieka gk w [mm] - widok od przodu


Udział kości korowej w przekroju preparatu dla płaszczyzny 35


Schemat budowania modelu numerycznego kości miednicy ze sztuczną panewką

 



Rozkład naprężeń zredukowanych w kości korowej, Model kości miednicznej ze wstawionym klinem dla osteotomii Saltera


 

           webadmin


© Copyright MiIO. Wszelkie prawa zastrzeżone. Wszelkie materiały tekstowe, zdjęciowe, graficzne, dźwiękowe, filmowe zamieszczone na stronach są prawnie chronione i stanowią własność intelektualną MiIO.
Kopiowanie dla celów komercyjnych, dystrybucja, modyfikacja oraz publikacja, bez pisemnej zgody Kierownika Katedry Mechaniki i Inżynierii Obliczeniowej są zabronione.

Zasady wykorzystywania „ciasteczek” (ang. cookies) w serwisach internetowych Politechniki Śląskiej