B2572 - LABORATORIO DI COMPORTAMENTO DELLE STRUTTURE BIOMECCANICHE

Conoscenze e abilità da conseguire

Questo laboratorio si prefigge di formare, attraverso una combinazione di teoria e di esercitazioni pratiche, sui fondamenti della meccanica dei materiali e delle strutture rilevanti per l’ingegnere biomedico. Al termine di questo Laboratorio lo studente dev'essere in grado di: - risolvere problemi meccanici in condizioni statiche - calcolare lo stato di tensione e deformazione in strutture sollecitate - progettare e verificare strutture meccaniche - comprendere i meccanismi di collasso. - eseguire esperimenti volti a misurare le proprietà meccaniche dei materiali.

Contenuti

Richiami sui principali concetti meccanici:
- Forze, momenti;
- Condizioni di vincolo, gradi di liberta';
- Condizioni di equilibrio, equazioni di equilibrio.

Meccanica dei mezzi continui:
- Azioni interne;
- Definizione di tensione (normali e di taglio);
- Stati uniassiali di sollecitazione; Stati triassiali di tensione; Tensore delle tensioni;
- Equazione di equilibrio;
- Spostamento e deformazione; Piccole e grandi deformazioni; Tensore delle deformazioni;
- Legame tensione-deformazioni per materiali elastici lineari;
- Energia di deformazione (caso uniassiale e multiassiale)

Fondamenti di scienza delle costruzioni:
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a sforzo normale;
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a taglio;
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a torsione;
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a flessione;
- Altri casi semplici con soluzione in forma chiusa;
- Concentratori di tensione;
- Cenni di instabilita' elastica.

Sollecitazioni composte:
- Cerchio di Mohr per le tensioni;
- Tensioni principali;
- Cerchio di Mohr per le deformazioni;
- Deformazioni principali;
- Tensioni equivalenti; Criteri di rottura per materiali duttili e fragili.

Fondamenti di meccanica dei materiali:
- Prove sui materiali, curve tensione-deformazione;
- Leggi costitutive del materiale;
- Elasticita' (legge di Hooke, coefficiente di Poisson);
- Plasticita';
- Viscoelasticita' (creep, rilassamento, isteresi: solo fenomenologia).

Criteri di collasso:
- Collasso istantaneo e nel tempo;
- Rottura (duttile e fragile; energia di rottura);
- Eccesso di deformazione, snervamento;
- Fatica;
- Usura;
- Creep, rilassamento.

Caratteristiche dei materiali:
- Composizione, micro- e macro-struttura;
- Classificazione e caratteristiche meccaniche dei materiali artificiali: polimeri, metalli, ceramici, compositi.

Esercitazioni in laboratorio
Il corso e' integrato da esercitazioni teoriche e sperimentali. Parte integrante di tali esercitazioni e' la stesura da parte degli studenti di relazioni tecniche sulle sperimentazioni svolte.

Revisione di un articolo scientifico

Durante il corso verrà svolta una revisione critica di un paper scientifico

Testi/Bibliografia

Il corso si basa su:
- Beer F.P., Johnston E.R., DeWolf J.T.: "Meccanica dei solidi: Elementi di scienza delle costruzioni" McGraw-Hill Publ. (qualunque edizione)
- Dispense integrative a cura del docente.

Lo studente puo' scaricare esempi ed esercizi aggiuntivi dal sito dell'Editore del libro di testo: http://www.ateneonline.it/beer/areastudenti.asp


Lo studente puo' inoltre approfondire gli studi nei seguenti testi specialistici (facoltativo):
- Wulff J. "Struttura e proprietà dei materiali", vol. 1, 2, 3 Ed. Ambrosiana, Milano (scienza dei materiali) - Pietrabissa R. "Biomateriali per protesi e organi artificiali" Patron ed. (biomateriali)
- Nordin M., Frankel V.H. "Basic biomechanics of the musculoskeletal system" Lea & Febiger Publ.(esercizi ed esempi di biomeccanica)
- Bronzino J.D. "The Biomedical engineering handbook" CRC Press - IEEE Press (riferimento generale)
- Palastanga et al. "Anatomy and human movement" Butterworth-Heinemann Publ. (anatomia funzionale)

Metodi didattici

Le lezioni teoriche vengono alternate ad esercitazioni pratiche (che costituiscono parte integrante del programma d'esame) in cui vengono illustrati gli argomenti trattati a lezione.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame si divide in due parti: scritto e orale.

 

L'esame scritto consiste nella risoluzione di esercizi.

Se superato si accede all'esame orale.

Durante l'esame orale viene valutata la preparazione sui vari argomenti del corso, gli elaborati delle prove in laboratorio e la revisione dell'articolo scientifico.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, lavagna tradizionale, laboratorio.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Palanca