Biomechanika - raf.pollub.pl

Karta (sylabus) przedmiotu
Inżynieria Biomedyczna
Studia stacjonarne pierwszego stopnia o profilu: ogólnoakademickim
WM
□
P□
Przedmiot: Biomechanika Inżynierska
Status przedmiotu: obowiązkowy
Język wykładowy: polski
Rok: 2
Nazwa specjalności:
Rodzaj zajęć i liczba
Studia stacjonarne
godzin:
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
Projekt
A
Kod przedmiotu
Semestr: 4
Studia niestacjonarne
15
9
30
18
Liczba punktów ECTS:
4
Cel przedmiotu
C1
C2
C3
Zapoznanie studenta z elementami biomechaniki
Przygotowanie studenta do korzystania z narzędzi inżynierskich opartych na prawach
biomechaniki
Zapoznanie studenta z numerycznymi metodami obliczeń układów biomechanicznych
Wymagania wstępne w zakresie wiedzy, umiejętności i innych kompetencji
1
2
Znajomość praw i twierdzeń matematycznych z algebry i trygonometrii
Znajomość praw mechaniki technicznej i podstaw wytrzymałości materiałów
Efekty kształcenia
EK1
EK2
EK3
EK4
EK5
EK6
EK7
EK8
EK9
W zakresie wiedzy:
Student rozróżnia i opisuje zagadnienie dźwigni biomechanicznej
Student formułuje równania równowagi układów biomechanicznych obciążonych siłami
Student buduje model matematyczny układów biomechanicznych
Student stosuj prawa mechaniki i fizyki w zagadnieniach biomechanicznych
W zakresie umiejętności:
Student definiuje zagadnienia równowagi sił w układach biomechanicznych
Student wyciąga wnioski wynikające z zastosowania praw mechaniki i biomechaniki
Student rozwiązuje zagadnienia związane z modelowaniem układów biomechanicznych
W zakresie kompetencji społecznych:
Student potrafi wyrazić opinię o mechanicznych i medycznych aspektach układów
biomechanicznych
Student pracuje samodzielnie i zespołowo posługując się swobodnie językiem technicznym i
medycznym
Treści programowe przedmiotu
Forma zajęć – wykłady
Treści programowe
W1
W2
W3
Budowa oraz mechaniczne i fizyczne właściwości struktur kostnostawowych człowieka. Budowa tkanek kostnych, struktur kości korowej i
gąbczastej
Czynniki i parametry postawy ciała. Środki ciężkości elementów ciała
człowieka, masowe momenty bezwładności
Podstawy wytrzymałości materiałów tkankowych – rozciąganie i ściskanie,
zginanie, skręcanie. Biomechaniczne aspekty przeciążenia struktur
Liczba godzin
2
2
2
tkankowych
Budowa i biomechanika kręgosłupa. Mechanizmy obciążeń kręgosłupa,
przeciążenia. Stabilizatory stosowane w leczeniu chorób kręgosłupa
Wybrane zagadnienia z anatomii i biomechaniki stawu biodrowego
2
W6
Budowa i elementy anatomii stawu kolanowego. Obciążenia stawu
kolanowego. Modele obciążeń
2
W7
Metody badań doświadczalnych stosowane w biomechanice. Badania
naprężeń, odkształceń i przemieszczeń.
2
W4
W5
W8
W9
W10
W11
W12
W13
W14
W15
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
L8
L9
L10
L11
L12
L13
L14
L15
Stabilizacja zewnętrzna kości długich. Charakterystyka konstrukcji
stabilizatorów zewnętrznych.
Wybrane zagadnienia tribologii stawów. Procesy tarcia i smarowania w
stawach, procesy zużycia
Biomechanika mięśni. Budowa mięśni. Siła mięśniowa – charakterystyka
statyczna i dynamiczna.
Modelowanie biomateriałów jako elementów lepko - sprężystych. Model
Kelvina-Voigta i Maxwella
Budowa i biomechanika ucha środkowego
Modelowanie układów biomechanicznych. Symulacja numeryczna w
środowisku Matlab-Simulink i MD Adams
Wpływ drgań mechanicznych i hałasu na organizm człowieka
Metoda Elementów Skończonych, jako narzędzie inżynierskie w
biomechanice
Suma godzin:
Forma zajęć – laboratoria
Treści programowe
Badanie udarności tkanki kostnej. Budowa oraz mechaniczne i fizyczne
właściwości struktur kostno-stawowych człowieka. Budowa tkanek
kostnych, struktur kości korowej i gąbczastej
Wyznaczanie położenia ogólnego środka ciężkości ciała człowieka.
Czynniki i parametry postawy ciała. Środki ciężkości elementów ciała
człowieka, masowe momenty bezwładności
Wyznaczanie położenia środka ciężkości elementów ciała człowieka.
Równania procentowe i równania regresji
Masowy moment bezwładności elementów kostnych wyznaczany metodą
wahadła fizycznego
Masowy moment bezwładności elementów kostnych wyznaczany metodą
zawieszenia na sprężystym pręcie
Wyznaczanie geometrycznych momentów bezwładności figury płaskiej
wskaźniki wytrzymałości na zginanie
Próba rozciągania tkanki kostnej (materiału kompozytowego) Podstawy
wytrzymałości materiałów tkankowych – rozciąganie i ściskanie, zginanie,
skręcanie. Biomechaniczne aspekty przeciążenia struktur tkankowych
Wyznaczanie obciążeń kręgosłupa. Budowa i biomechanika kręgosłupa.
Mechanizmy obciążeń kręgosłupa, przeciążenia. Stabilizatory stosowane
w leczeniu chorób kręgosłupa
Badanie obciążeń w stawie biodrowym. Wybrane zagadnienia z anatomii i
biomechaniki stawu biodrowego
Badanie dynamiki kończyny górnej - badania modelowe
Badania elastooptyczne. Wyznaczanie stałej modelowej
Wybrane zagadnienia tribologii stawów. Procesy tarcia i smarowania w
stawach, procesy zużycia
Wyznaczanie twardości biomateriałów
Modelowanie drgań ucha środkowego w środowisku Adams
Modelowanie układów biomechanicznych. Symulacja numeryczna w
2
2
2
2
2
2
2
2
2
30
Liczba godzin
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
środowisku Matlab-Simulink i MD Adams
Suma godzin:
30
Narzędzia dydaktyczne
1
2
Wykład z prezentacją multimedialną
Laboratoria prowadzone klasyczną metodą na stanowiskach doświadczalnych
Sposoby oceny
F1
F2
P1
P2
Ocena formująca
Punkty zdobywane na wykładzie podczas kolokwium zaliczeniowego (max 30pkt.)
Oceny zdobywane na laboratoriach ze sprawozdań i kolokwiów wstępnych
Ocena podsumowująca
Zaliczenie wykładów z oceną proporcjonalną do liczby zdobytych punktów: od 50% - ocena
dostateczna, od 60% - ocena dostateczna plus, od 70% - ocena dobra, od 80% - ocena dobra
plus, od 90% - ocena bardzo dobra
Zaliczenie laboratorium z oceną będącą średnią arytmetyczną z oceny ze sprawozdań i
kolokwiów wstępnych
Obciążenie pracą studenta
Średnia liczba godzin na zrealizowanie
aktywności
Forma aktywności
Godziny kontaktowe z wykładowcą, realizowane
w formie zajęć dydaktycznych – łączna liczba
godzin w semestrze
Godziny kontaktowe z wykładowcą, realizowane
w formie konsultacji w odniesieniu – łączna liczba
godzin w semestrze
Przygotowanie się do laboratorium – łączna
liczba godzin w semestrze
Przygotowanie się do zajęć, indywidualna praca
studenta – łączna liczba godzin w semestrze
Suma
Sumaryczna liczba punktów ECTS dla
przedmiotu
45
5
0
50
100
4
Literatura podstawowa i uzupełniająca
1
2
3
4
5
Będziński R., Biomechanika inżynierska: zagadnienia wybrane, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997
Tejszerska D., Świtoński E., Biomechanika inżynierska. Zagadnienia wybrane. Laboratorium,
wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
Gzik M., Biomechanika kręgosłupa człowieka, wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.
Bober T., Zawadzki J., Biomechanika układu ruchu człowieka, Wyd. BK, Wrocław 2005
Morozowski J. Awrejcewicz J., Podstawy biomechaniki, Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź 2004.
Macierz efektów kształcenia
Efekt
kształcenia
Odniesienie
danego efektu
kształcenia do
efektów
zdefiniowanych
dla całego
programu
(PEK)
Cele
przedmiotu
EK 1
IB1A_W04
C1, C2, C3
EK 2
IB1A_W04
C1, C2, C3
Treści
programowe
W1- W6
ĆW1, ĆW6
W4 – W6, W8
ĆW4 – ĆW6,
ĆW8
Narzędzia
dydaktyczne
Sposób oceny
1,2
F1, F2, P1, P2
1,2
F1, F2, P1, P2
EK 3
IB1A_W04
C1, C2, C3
EK 4
IB1A_W04
C1, C2, C3
IB1A_U01
IB1A_U07-10
IB1A_U01
IB1A_U07-10
IB1A_U01
IB1A_U07-10
C1, C2, C3
EK 5
EK 6
EK 7
EK 8
IB1A_K02
EK 9
IB1A_K03
C1, C2, C3
C1, C2, C3
C1, C2, C3
C1, C2, C3
W6 – W15
ĆW6 – ĆW15
W1 - W15
ĆW1–ĆW15
W1 – W5
ĆW1 – ĆW5
W6 – W10
ĆW6 – ĆW10
W11 – W15
ĆW11–ĆW15
W1 – W15
ĆW1 – ĆW15
W1 – W15
ĆW1 – ĆW15
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
F1, F2, P1, P2
F1, F2, P1, P2
F1, F2, P1, P2
F1, F2, P1, P2
F1, F2, P1, P2
F1, F2, P1, P2
F1, F2, P1, P2
Formy oceny – szczegóły
Na ocenę 2 (ndst)
Na ocenę 3 (dst)
Na ocenę 4 (db)
EK 1
Nie umie wyjaśnić
zasady działania
dźwigni
biomechanicznej
Umie wyjaśnić
zasady działania
dźwigni
biomechanicznej
Umie wyjaśnić
zasady działania
dźwigni
biomechanicznej i
rozróżnia rodzaje
dźwigni
EK 2
Nie potrafi napisać
równania równowagi
prostych układów
biomechanicznych
Potrafi napisać
równania równowagi
prostych układów
biomechanicznych
Potrafi napisać
równania równowagi
prostych i złożonych
układów mech.
Nie potrafi zbudować
prostego modelu
układu
biomechanicznego
Potrafi zbudować
prosty model układu
biomechanicznego
Potrafi zbudować
prosty i złożony
model układu
biomechanicznego
Nie potrafi używać
praw mechaniki i
fizyki do opisu
działania układów
biomechanicznych
Potrafi używać praw
mechaniki i fizyki do
opisu działania
układów
biomechanicznych
Potrafi wyjaśnić
działanie układów
biomechanicznych
na podstawie
znanych praw
Nie potrafi
zdefiniować i
rozwiązać prostego
zadania równowagi sił
w ukł. biomech.
Nie potrafi
wnioskować na
podstawie praw
mechaniki
Potrafi zdefiniować
proste zadania
równowagi sił w ukł.
biomech.
Potrafi zdefiniować i
rozwiązać proste
zadania równowagi
sił w ukł. biomech.
Potrafi wnioskować
na podstawie praw
mechaniki
Potrafi wnioskować
na podstawie praw
mechaniki w
odniesieniu do
prostych problemów
biomechanicznych
Nie potrafi zbudować
prostego modelu
biomechanicznego
Potrafi zbudować
prosty model układu
biomechanicznego
Potrafi zbudować
prosty model układu
biomechanicznego i
zaproponować jego
analizę numeryczną
EK 3
EK 4
EK 5
EK 6
EK 7
Na ocenę 5 (bdb)
Umie wyjaśnić
zasady działania
dźwigni
biomechanicznej,
rozróżnia rodzaje
dźwigni i potrafi ją
obliczyć
Potrafi napisać
równania równowagi
prostych i złożonych
układów mech. oraz
wyciągać z nich
wnioski
Potrafi zbudować
prosty i złożony
model układu
biomechanicznego, a
także potrafi go
rozwiązać
Potrafi wyjaśnić
działanie układów
biomechanicznych na
podstawie znanych
praw i wyciągać
wnioski
Potrafi zdefiniować i
rozwiązać proste i
złożone zadania
równowagi sił w ukł.
biomech.
Potrafi wnioskować
na podstawie praw
mechaniki w
odniesieniu do
prostych i złożonych
problemów
biomechanicznych
Potrafi zbudować
prosty i złożony
model układu
biomechanicznego i
zaproponować jego
analizę numeryczną
EK 8
EK 9
Nie potrafi używać
języka technicznego i
medycznego do opisu
problemów
biomechanicznych
Potrafi używać
języka technicznego
i medycznego do
opisu problemów
biomechanicznych
Nie potrafi używać
języka technicznego i
medycznego w pracy
zespołowej nad
problemem
biomechanicznym
Potrafi używać
języka technicznego
i medycznego w
pracy zespołowej
nad problemem
biomechanicznym
Autor programu:
Adres e-mail:
Jednostka
organizacyjna:
Osoba, osoby
prowadzące:
Potrafi używać
języka technicznego
i medycznego do
opisu problemów
biomechanicznych
oraz metod jego
rozwiązania
Potrafi używać
języka technicznego
i medycznego w
pracy zespołowej
nad problemem
biomechanicznym
argumentując swoje
tezy
Potrafi używać języka
technicznego i
medycznego w
dyskusji i
argumentować wybór
metody rozwiązania
problemu
Potrafi używać języka
technicznego i
medycznego w pracy
zespołowej nad
problemem
biomechanicznym
argumentując swoje
tezy i proponując
metody rozwiązania
Rafał Rusinek
[email protected]
Katedra Mechaniki Stosowanej
dr inż. R. Rusinek, dr inż. J. Latalski, dr inż. S. Samborski, dr inż. K. Kęcik,
dr inż. M. Borowiec, dr inż. A. Mitura