Obiettivi Formativi

Il corso intende fornire le conoscenze di base della biomeccanica, estendendo e applicando le leggi fondamentali della fisica ai sistemi biomeccanici allo scopo di ricavarne modelli ingegneristici. Durante il corso saranno forniti agli allievi gli strumenti per poter interpretare, modellare e descrivere le principali strutture biomeccaniche al fine di trasferire le conoscenze della meccanica classica a sistemi biomeccanici complessi adibiti all’interazione con il corpo umano. La discussione di esempi di biomeccanica applicata, nonché di analisi sperimentali e numeriche applicate alla biomeccanica, fornirà la capacità di applicare le conoscenze acquisite per la valutazione critica e la progettazione di costruzioni biomeccaniche. Viene anche fornito il livello di approfondimento necessario ad intraprendere attività di ricerca con un alto grado di autonomia mediante alcune esercitazioni in aula sull'applicazione dei metodi numerici. L’attività ha l’obiettivo di far acquisire allo studente un linguaggio tecnico appropriato. L’attività ha l’obiettivo di formare una mentalità flessibile e una robusta metodologia di lavoro.

Learning Goals

The course of Biomechanics aims to provide the basic knowledge of biomechanics, by extending and applying the fundamental laws of physics to biomechanical systems, in order to derive engineering models. During the course, the students will be able to interpret, model and describe the main biomechanical structures in order to transfer the knowledge of classical mechanics to complex biomechanical systems used for interaction with the human body. The discussion of examples of applied biomechanics, as well as experimental and numerical analyses applied to biomechanics, will provide the ability to apply the acquired knowledge for the critical evaluation and design of biomechanical constructions. The level of learning, necessary to undertake research activities with a high degree of autonomy, is also provided through some classroom exercises on the application of numerical methods. The course activities have the aim to drive the language of the student to a proper technical level. The course activities have the aim to develop a flexible approach to face different problems and to learn a robust working methodology that can be used in different scenario.

Metodi didattici

Lezioni frontali, seminari su specifici aspetti disciplinari. Attività di laboratorio; esercitazioni in aula.

Teaching Methods

The course is developed through lectures, seminars, classroom exercises and experimental tests in laboratory.

Prerequisiti

E' richiesta la conoscenza dei principi fondamentali della fisica, della cinematica e della statica.

Prerequisites

Basic knowledge of Physics.

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale sugli argomenti trattati nel corso. La verifica dell’apprendimento ha lo scopo di valutare che l’allievo applichi un corretto approccio metodologico. Inoltre, l’esame comprende l’esposizione di una esercitazione svolta mediante codici FEM, sottoposta a revisioni periodiche da parte del docente, al fine di verificare le conoscenze acquisite e la capacità di descrivere l’esercitazione svolta con l’utilizzo di termini tecnici appropriati. A fine corso viene assegnata, ad ogni allievo, una tesina su un argomento esposto durante il corso, che viene approfondito dagli allievi ed è oggetto di valutazione in sede di esame, unitamente alla suddetta esercitazione FEM. L’esercitazione e la tesina non hanno alcuna scadenza temporale. Il voto finale dell’esame sarà la media pesata tra il voto del colloquio, il voto della tesina e il voto dell’esercitazione FEM dove i pesi sono 80%, 10% e 10% rispettivamente. Il voto finale viene espresso in trentesimi. La valutazione si basa sulla capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, sulla capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato e sulla qualità dell’esposizione. Viene, inoltre, valutata la competenza nell’impiego del lessico specialistico.

Assessment

Oral exam on the topics covered in the course. The verification of the learning aims to assess that the student uses a correct methodological approach. Furthermore, the exam includes a discussion on a FEM exercise on a biomechanical system, subjected to periodic reviews, in order to verify the knowledge on the method and the ability to critically analyse the obtained results, even with the use of appropriate technical terms. At the end of the course a paper is assigned, to each student, on a topic exposed during the course, which is studied in depth by students. It is subject to evaluation during the examination, with the aforementioned FEM exercise. The exercise and the paper have no deadline. The final exam mark will be the weighted average between the interview mark, the paper mark and the FEM exercise mark where the weights are 80%, 10% and 10%, respectively. The final score is evaluated in thirty. The final evaluation is based on the ability to discursively organize knowledge, on the critical reasoning skills on the study conducted and on the quality of the exposition. The expertise in the use of specialized vocabulary is evaluated as well.

Programma del Corso

INTRODUZIONE ALLA BIOMECCANICA: Richiami di statica, cinematica e dinamica applicati alla biomeccanica. Antropometria. Descrizione cinematica del movimento del corpo. Analisi delle sollecitazioni dei sistemi biomeccanici. IL TESSUTO OSSEO: Proprietà biomeccaniche dell’osso. Rimodellamento osseo. Biomeccanica del sistema muscolo-scheletrico. Biomeccanica delle giunzioni del corpo umano. ESEMPI DI BIOMECCANICA APPLICATA: Biomeccanica della posizione eretta e seduta; biomeccanica della colonna, del bacino. ESEMPI DI ANALISI SPERIMENTALI E NUMERICHE APPLICATE ALLA BIOMECCANICA: analisi numeriche su articolazioni in condizioni fisiologiche e protesizzate. E SERCITAZIONE: Analisi numerica, con codice di calcolo FEM, di un femore umano customizzato per ogni allievo.

Course Syllabus

INTRODUCTION TO BIOMECHANICS: Elements of statics, kinematics and dynamics applied to biomechanics. Anthropometry. Kinematic description of human movement. Stress analysis of biomechanical systems. Bone tissue. MECHANICAL PROPERTIES OF BONE: Bone remodelling. Biomechanics of the musculoskeletal system. Biomechanics of human joints. EXAMPLES OF APPLIED BIOMECHANICS: biomechanics of sitting, laying; spine and pelvis biomechanics. EXAMPLES OF EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSES APPLIED TO BIOMECHANICS: stress analysis of human joints in physiological and pathological conditions. EXERCISE: Numerical analysis, by means of finite element method, of a human femur.