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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
BIOINGEGNERIA
Insegnamento
MECCANICA DELLE STRUTTURE BIOLOGICHE
INP5071738, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
BIOINGEGNERIA
IN0532, ordinamento 2011/12, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese MECHANICS OF BIOLOGICAL STRUCTURES
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Sito E-Learning https://elearning.dei.unipd.it/course/view.php?idnumber=2019-IN0532-000ZZ-2018-INP5071738-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile EMANUELE LUIGI CARNIEL ING-IND/34

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Ingegneria biomedica ING-IND/34 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2011

Syllabus
Prerequisiti: Meccanica dei corpi deformabili: analisi della deformazione, teoria della tensione, sviluppo di formulazioni costitutive in ambito di elasticità lineare, elasticità finita e visco-elasticità. Meccanica dei tessuti biologici: configurazione strutturale dei tessuti, prove sperimentali meccaniche, formulazioni costitutive. Biomeccanica computazionale: formulazione di modelli numerici di strutture biologiche.
Conoscenze e abilita' da acquisire: L'insegnamento si propone di fornire conoscenze ai fini della valutazione della funzionalità meccanica dei tessuti e delle strutture biologiche, attraverso lo sviluppo di strategie di analisi basate su un approccio integrato di tipo sperimentale e computazionale. Nello specifico si prevede la acquisizione delle seguenti conoscenze:
- interpretazione del comportamento meccanico dei tessuti e delle strutture biologiche attraverso l'analisi di informazioni inerenti la conformazione isto-morfometrica del sistema e dati da prove sperimentali meccaniche; pianificazione delle attività sperimentali stesse con riguardo allo sviluppo e identificazione di modelli rappresentativi il comportamento meccanico di tessuti e strutture biologiche;
- utilizzo di strumenti computazionali per la valutazione del comportamento meccanico di tessuti e strutture biologiche, anche in riferimento a processi di interazione con apparati protesici e biomedicali.
Modalita' di esame: Sviluppo di un elaborato, nella forma di tesina, di carattere applicativo in riferimento alle tematiche affrontate. Nello specifico, l'elaborato sarà finalizzato allo sviluppo di un modello rappresentativo una specifica struttura biologica, la validazione del modello stesso e la sua applicazione ai fini di analisi di carattere bioingegneristico. Si prevede una discussione orale dell'elaborato e dei temi generali dell'insegnamento.
Criteri di valutazione: La preparazione dello studente sarà verificata in riferimento alla acquisizione delle seguenti capacità:
- pianificazione di attività sperimentali finalizzate alla caratterizzazione del comportamento meccanico di tessuti e strutture biologiche;
- caratterizzazione del comportamento meccanico di tessuti biologici mediante opportune formulazioni costitutive e identificazione dei parametri associati;
- sviluppo di modelli computazionali di strutture biologiche, validazione ed applicazione ai fini della valutazione del comportamento meccanico.
Contenuti: Applicazione di metodi e strumenti per la caratterizzazione del comportamento meccanico dei tessuti biologici: considerazioni finalizzate alla valutazione generale della risposta meccanica attraverso l'analisi della configurazione istologica del tessuto e dati dalla letteratura scientifica; definizione e sviluppo di formulazioni costitutive capaci di interpretare le caratteristiche tipiche del comportamento meccanico dei tessuti biologici, quali anisotropia, elasticità non lineare, dipendenza dal tempo, sviluppo di deformazioni permanenti e fenomeni di danno; pianificazione di attività sperimentali finalizzate alla identificazione del comportamento meccanico; metodi ed algoritmi per l'identificazione dei parametri costitutivi. Strumenti computazionali per l'analisi del comportamento meccanico delle strutture biologiche: sviluppo di modelli solidi virtuali e numerici rappresentativi la struttura biologica a partire da immagini istologiche, CT ed MRI, nonché dati antropometrici; metodi per la discretizzazione agli elementi finiti; implementazione di algoritmi per la caratterizzazione del comportamento meccanico dei tessuti biologici costituenti, in riferimento a formulazione costitutiva e distribuzione non omogenea delle caratteristiche meccaniche e di anisotropia; verifica di affidabilità dei modelli; applicazione dei modelli ai fini di studi di carattere bioingegneristico.
In relazione al carattere dell'insegnamento, si prevede l'illustrazione delle differenti tematiche attraverso lo sviluppo di modelli computazionali rappresentativi strutture biologiche e la loro applicazione.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Il corso prevede la presentazione delle basi teoriche mediante didattica frontale. In riferimento ai metodi applicativi di tipo computazionale si prevede lo sviluppo in aula, in forma interattiva, di attività di calcolo. Si prevedono inoltre sessioni di laboratorio finalizzate alla illustrazione dei metodi della biomeccanica sperimentale.
Gli studenti saranno invitati allo sviluppo personale di strumenti di calcolo, in riferimento alle varie tematiche affrontate in aula.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Il materiale didattico verrà fornito nella forma di appunti e dispense dalle lezioni, nonché indicazione di siti web ed articoli dalla letteratura scientifica.
Testi di riferimento:
  • S.C. Cowin, S.B. Doty, Tissue Mechanics. --: Springer, 2007. Cerca nel catalogo
  • G.A. Holzapfel, Nonlinear Solid Mechanics. --: Wiley, 2000. Cerca nel catalogo
  • T. Belytschko, W.K. Liu, B. Moran, Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures, 2nd edition. --: Wiley, 2014. Cerca nel catalogo