Biomeccanica dei solidi. L’insegnamento di Biomeccanica dei Solidi ha il fine di presentare le applicazioni della dinamica di interesse per l'ambito biomedico, lavorativo e sportivo. Esso intende quindi introdurre le metodologie e le connesse procedure di calcolo finalizzate alla valutazione delle forze e della sollecitazioni dinamiche, con particolare riferimento agli urti ed alle vibrazioni, contemplando sia approcci analitici di tipo lineare sia approcci numerici non lineari. Biomeccanica dei fluidi. L’insegnamento di Biomeccanica dei fluidi ha il fine di fornire gli strumenti metodologici e di calcolo necessari per la comprensione della meccanica dei fluidi in condizioni statiche (idrostatica) e dinamiche (idrodinamica). La definizione delle equazioni che governano il moto dei fluidi a partire dalle leggi di bilancio è passaggio indispensabile per poter comprendere e descrivere i fenomeni di trasporto di fluidi e di sostanze in ambito biomedico (ad esempio: studio del sistema cardiovascolare, studio dispositivi a ricircolo di sangue).

Biomeccanica dei solidi. Al termine dell'insegnamento gli studenti conosceranno: - le forze e gli stati di sollecitazione nei materiali e nelle strutture derivanti da carichi di tipo dinamico - i sistemi dinamici lineari ad un grado di libertà, le oscillazioni libere e forzate, i principali meccanismi dissipativi, urti ed impatti, eccitazioni casuali - i sistemi lineari con molti gradi di libertà, le oscillazioni libere e forzate, disaccoppiamento delle equazioni del moto e semplificazione del sistema, meccanismi di dissipazione proporzionali e non. - l’effetto delle vibrazioni sull’uomo, i sensori biologici, le curve isodisturbo, la normativa europea ed i rischi per la salute - approcci analitici e numerici per la soluzione di semplici sistemi non lineari Al termine dell’insegnamento gli studenti avranno le seguenti abilità: - Semplificazione e modellazione di sistemi biomeccanici reali per la valutazione delle sollecitazioni statiche e dinamiche (analisi di urti e vibrazioni) - utilizzo di software commerciali di tipo analitico e numerico per la dinamica delle strutture - soluzione numerica di equazione differenziali non lineari - valutazione dei rischi connessi con l’esposizione alle vibrazioni e degli indici di severità dei traumi Biomeccanica dei fluidi. Lo studente acquisirà 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 biologici principalmente, con la necessaria attenzione a flussi non-stazionari, in geometrie complesse, in condotti cilindrici per fluidi viscosi 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. 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.

Biomeccanica dei solidi. Analisi matematica con particolare riferimento ai sistemi di equazioni differenziali lineari. Caratterizzazione meccanica dei materiali, il solido elastico, calcolo tensionale e deformativo, dimensionamento strutturale statico ed a fatica. Biomeccanica dei fluidi. Conoscenze di base di matematica, fisica, informatica, di ingegneria meccanica e di termodinamica, come già apprese nel Corso di laurea triennale in Ingegneria Biomedica.

Biomeccanica dei solidi. Lezioni frontali - la sollecitazione nelle strutture derivanti da carichi di tipo dinamico: non linearità geometriche, di materiale, di contatto - sistemi dinamici lineari ad un grado di libertà con dissipazione - oscillazioni libere del sistema non smorzato e smorzato - smorzamento viscoso, strutturale e coulombiano - determinazione sperimentale dello smorzamento, smorzamento interno dei materiali, approcci non lineari - sollecitazioni di tipo armonico, moto del vincolo - sollecitazioni d’urto ed impatto, impulso e gradino, analisi del transitorio - forzanti qualsiasi, integrale di Duhamel - sollecitazioni derivanti da fenomeni non deterministici, vibrazioni casuali, processi stazionari ed ergodici - sensibilità dell'uomo alle vibrazioni, normativa europea riguardante le vibrazioni sul lavoro ed i rischi per la salute - calcolo dell'esposizione giornaliera alle vibrazioni Laboratori informatici - soluzione analitica e numerica di un sistema lineare ad un grado di libertà forzato armonicamente - soluzione analitica e numerica individuale nel caso di sollecitazione di impatto - soluzione numerica di semplici sistemi non lineari: smorzamento coulombiano e rimbalzo di un grave in caduta - soluzione numerica di un sistema a due gradi di libertà con eccitazione dal punto vincolo Biomeccanica dei Fluidi 1. Idrostatica 2. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni 3. Perdita di carico di flussi stazionari in condotti 4. Equazioni di bilancio di massa e quantità di moto 5. Bilanci di strato 6. Applicazioni delle equazioni di bilancio per soluzione di problemi pratici 7. Turbolenza, la teoria di Kolmogorov Esercitazioni in aula. Le attività di esercitazione sono incentrate su tematiche il cui punto di partenza non è mai un’equazione data ma piuttosto la scelta di un modello semplice in grado di studiare una problematica reale, da affrontare con approccio analitico (l’uso di codici di calcolo per la soluzione di problemi fluidodinamici complessi sono oggetto di studio di altri insegnamenti dello stesso indirizzo di questo insegnamento), al fine di sviluppare nello studente una maggiore attenzione alla fisica dei fenomeni e alla matematica che la descrive.

Biomeccanica dei solidi. L’insegnamento è suddiviso in circa 30 ore di lezioni frontali, 10 ore di esercitazione in due squadre e 10 ore di laboratorio informatico in tre squadre. Biomeccanica dei fluidi. Lezioni frontali (32 ore) + esercitazioni in aula (18 ore). La frequenza al corso non è obbligatoria per poter accedere all’esame finale.

Biomeccanica dei solidi. a) G. Genta: “Principi e Metodologie delle Progettazione Meccanica”, Levrotto & Bella (To). b) Materiale fotocopiato preparato dal docente (lezione ed esercitazioni svolte) c) Normativa riguardante la valutazione dei rischi indotti dalle vibrazioni in ambiente lavorativo. Biomeccanica dei fluidi. Bird, Stewart, Lightfoot "Fenomeni di Trasporto". (opzionale) Slide, articoli e testi forniti dal docente.

Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Biomeccanica dei solidi Le modalità di esame in remoto sono analoghe a quelle utilizzate in presenza, la differenza riguarda sostanzialmente la sola parte teorica, nella quale le due domande a risposta aperta sono sostituite da più domande a risposta multipla o a corrispondenza. L'esame comprende due quiz, che saranno svolti nell’ordine di seguito riportato: a) il primo quiz contiene le domande a risposta multipla (peso 50% della votazione complessiva). b) Il secondo quiz riguarda la soluzione dell'esercizio (peso 50% della votazione complessiva). La votazione complessiva è la somma pesata delle due parti. Biomeccanica dei fluidi Le modalità di esame in remoto sono analoghe a quelle utilizzate in presenza, la differenza riguarda la sostituzione delle domande teoriche a risposta aperta con domande a risposta multipla.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Biomeccanica dei solidi. Per l’ammissione all’esame è richiesto che sia avvenuta la consegna dell’elaborato contenente le esercitazioni di laboratorio. L'esame si svolge con modalità scritta, non è possibile consultare testi o appunti. Comprende due domande di teoria e lo svolgimento di un esercizio, in generale relativo all’analisi di una situazione di urto in campo biomeccanico. Il riferimento è ad una problematica reale ed è richiesto di affrontarla a valle di un’opportuna operazione preliminare di modellazione e semplificazione a cura dello studente. Questo processo creativo è una della parti più importanti dell’esame in quanto permette di valutare le effettive abilità acquisite nell’analisi di situazioni reali di nuova proposizione. Il voto finale è determinato sommando il risultato ottenuto nella parte teorica con quella di esercizio. Biomeccanica dei fluidi. Comprensione degli argomenti trattati e abilità di calcolo nell’utilizzo dei relativi strumenti matematici introdotti (equazioni di bilancio di energia/massa/quantità di moto). Capacità di riconoscere ed utilizzare adeguati strumenti matematici nelle discipline ingegneristiche. Capacità di costruire un percorso logico, utilizzando le equazioni di bilancio di energia/massa/quantità di moto introdotte, con le semplificazione più opportune riguardo allo specifico caso sottoposto. L'esame si svolge con modalità scritta e comprende almeno due domande di teoria e lo svolgimento di almeno due esercizi, per una durata di 2 ore. Per questi ultimi, il riferimento è ad una problematica reale ed è richiesto di affrontarla a valle di un’opportuna operazione preliminare di modellazione e semplificazione a cura dello studente. Questo processo creativo è una della parti più importanti dell’esame in quanto permette di valutare le effettive abilità acquisite nell’analisi di situazioni reali di nuova proposizione. Le sezioni di Teoria e Esercizi della prova scritta hanno generalmente lo stesso peso nella valutazione finale. A ogni parte è assegnato un punteggio specificato nel testo d'esame. Il voto finale sarà formato dalla somma di ogni parte di teoria ed esercizi. La chiarezza notazionale e il rigore espositivo permettono di ottenere la lode. Non è previsto l'utilizzo di materiale didattico durante la prova scritta. I risultati dell’esame vengono comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il compito e chiedere chiarimenti.