L'insegnamento, obbligatorio per tutti gli studenti, si colloca al primo anno ed è composto di due moduli: Biomeccanica dei solidi e Biomeccanica dei fluidi.

Il modulo Biomeccanica dei solidi ha il fine di presentare le applicazioni della dinamica di interesse per l'ambito sanitario, lavorativo e sportivo. Esso intende quindi introdurre le metodologie e le connesse procedure di calcolo finalizzate alla valutazione delle sollecitazioni dinamiche, con particolare riferimento agli urti ed alle vibrazioni, contemplando sia approcci analitici di tipo lineare sia approcci numerici non lineari.

Il modulo Biomeccanica dei fluidi ha il fine di fornire gli strumenti metodologici e di calcolo necessari per la descrizione dei fenomeni di trasporto di fluidi e di sostanze in ambito biomedico.

Biomeccanica dei solidi
Stati di sollecitazione nei materiali e nelle strutture derivanti da carichi di tipo statico: analisi di sistemi in cui sono presenti evidenti non linearità geometriche o del materiale; modellazione e studio di materiali anisotropi.
Sistemi lineari ad un grado di libertà: oscillazioni libere e forzate, risposte in frequenza, smorzamento viscoso, strutturale, coulombiano. Equazioni di stato. Risposta ad un'eccitazione non armonica con andamento periodico nel tempo. Risposta ad un'eccitazione impulsiva ed a gradino. Integrale di Duhamel. Integrazione numerica delle equazioni del moto. Trasformata di Laplace e funzioni di trasferimento. Vibrazioni random: densità spettrale di potenza e di probabilità dell'ampiezza; valori rms di eccitazione e risposta. Sistemi lineari con molti gradi di libertà. Oscillazioni libere e forzate del sistema non smorzato e disaccoppiamento delle equazioni del moto.
Sensibilità dell'uomo alle vibrazioni. Sensori biologici: recettori tattili, muscolotendinei, vestibolari. Percezione delle vibrazioni, curve isodisturbo. Normativa europea riguardante le vibrazioni sul lavoro, rischi per la salute, segni e sintomi clinici. Strumenti per calcolare l'esposizione giornaliera e valori limite di esposizione.
Metodi sperimentali per la progettazione.

Il corso si pone l'obiettivo di fornire allo studente gli strumenti analitici e numerici per il calcolo delle sollecitazioni statiche e dinamiche (analisi di urti e vibrazioni) in campo biomeccanico, facendo riferimento agli ambiti sportivo, lavorativo o sanitario; per quanto riguarda gli strumenti numerici, gli studenti verranno introdotti all'utilizzo di specifici softwares commerciali.

Il senso critico e l'autonomia di giudizio costituiscono caratteristiche irrinunciabile da trasmettersi ad ogni studente. Nello specifico, per conseguire tali finalità, nei laboratori, gli studenti sono portati a svolgere lo stesso compito utilizzando diversi strumenti e viene loro richiesto di verificare eventuali incongruenze tra i risultati ottenuti e giustificarle; si focalizza sempre l'attenzione verso la comprensione dei fenomeni e la risoluzione di problemi evitando di suggerire percorsi unificati di approccio e di lavoro.

Le abilità comunicative vengono sviluppate particolarmente attraverso i laboratori di simulazione numerica, durante i quali gli studenti sono chiamati a lavorare in gruppo ed a confrontarsi con i compagni che approcciano problematiche simili, anche se con differenti condizioni al contorno.

Pur utilizzando alcuni software commerciali di simulazione numerica, l'insegnamento fornisce agli studenti nozioni sufficienti per confrontare prodotti differenti esistenti sul mercato anche in ottica di un aggiornamento continuo.
Durante il corso, viene suggerito un metodo di studio ove le nozioni apprese vengono immediatamente verificate mediante semplici simulazioni.

Biomeccanica dei fluidi
Lo studente deve acquisire una completa familiarità con le equazioni di bilancio di massa e quantità di moto nella scrittura tridimensionale e applicate a sistemi chiusi e aperti.
I bilanci della energia saranno invece studiati in ambito monodimensionale.
La soluzione delle equazioni nel contesto degli esempi e delle esercitazioni verrà perseguita senza il ricorso a metodi computazionali specifici (elementi/volumi finiti) utilizzati negli insegnamenti a valle, ma curando e anteponendo sempre alla fase di calcolo la fase di interpretazione fisica dei fenomeni esaminati.

Viene curata la applicazione dei metodi appresi allo studio del flusso di fluidi biolòogici principalmente, con la necessaria attenzione a flussi instazionari, in geometrie complesse, in condotti deformabili per fluidi viscoso newtoniani e non, per fluidi particolati.
Una parte del corso fornirà gli strumenti per applicazioni più tradizionali quali la perdita di carico di flussi stazionari in condotti, la spinta sulle pareti, ecc.
Autonomia di giudizio
L'allievo sarà seguito durante le esercitazioni e saranno disponibili sessioni di colloqui finalizzati al completamento della preparazione individuale.

Le capacità comunicative sono sviluppate durante le esercitazioni e le prove di autovalutazione. L'allievo durante l'esame scritto dovrà rispondere a quesiti anche di ordine generale per mettere in luce la sua capacità di inquadrare problematiche di una certa complessità in modo razionale e fisicamente convincente.

L'apprendimento è stimolato dalla strutturazione delle esercitazioni e dalla tipologia di materiale didattico, si pone grande cura nel non porre gli esercizi come quiz o puri momenti di calcolo algebrico, ma come traduzione di una comprensione fisica approfondita nella valutazione quantitativa dei parametri coinvolti.

Il modulo Biomeccanica dei solidiha come prerequisiti analisi matematica con particolare riferimento alle equazioni differenziali lineari.
Nozioni di caratterizzazione meccanica dei materiali. Il solido elastico: nozioni di calcolo tensionale e deformativo, dimensionamento strutturale statico ed a fatica

Il modulo Biomeccanica dei fluidi ha come prerequisiti conoscenze di fisica, matematica, meccanica, ed elementi di termodinamica.

Le conoscenze verranno verificate mediante due domande relative agli argomenti descritti a lezione. La capacità di applicare la conoscenza verrà verificata attraverso un esercizio relativo alla modellazione e relativa soluzione per studio di un caso reale.
- L'esame si svolge con modalità scritta e comprende due domande di teoria e lo svolgimento di un esercizio. La votazione complessiva è la media delle due parti.
- Non è possibile consultare appunti/dispense durante tutta la durata del compito. Eventuali formule particolarmente complesse verranno fornite nel testo o messe a disposizione di tutti durante l’esame.
- Per la registrazione è necessario Il controllo delle esercitazioni svolte durente i laboratori; l'elaborato relativo può avere piccole influenze in positivo o negativo sul voto definitivo.