Biomechanika - KME/BIM

Garant

Cíle předmětu

Uvést studenta do problematiky
- modelování nelineárního kontinua,
- modelování kosterních a hladkých svalů,
- modelování srdečně cévního systému,
- modelování implantátů a umělých kloubních a cévních náhrad,
- modelování vybraných orgánů lidského těla.

Získané vědomosti student aplikuje při modelování biomechanických problémů vybraných tkání a orgánů.

Přehled látky

1. Lineární a nelineární mechanika kontinua, totální Lagrangeova formulace.
2. Aktualizovaná Lagrangeova formulace, konstitutivní vztahy nelineárního kontinua.
3. Reologické modely viskoelastických materiálů.
4. Základní anatomické názvosloví, buňky, tkáně (rozdělení). Biomechanika vazů.
5. Biomechanika chrupavky a kostní tkáně.
6. Biomechanika kosterního svalstva, zpeřené a paralelní uspořádání svalových vláken, silové a rychlostní charakteristiky.
7. Mechanické vlastnosti svalu (Hillova rovnice), 3D model svalu na bázi dvoufázové směsi.
8. Mechanika sarkomery, Huxleyho model příčných můstků, Hillův model svalu.
9. Mechanika hladkého svalstva (kůže, tlusté střevo, močovody, močový měchýř).
10. Biomechanika srdečně cévní soustavy a srdečního svalu (mechanický model srdce, Starlingův zákon, mechanický výkon).
11. Lidská krev, tokové vlastnosti krve, konstitutivní vztah krve (nenewtonská kapalina), viskozimetry.
12. Základy teorie mazání a synoviální kapaliny.
13. Základy homogenizace složených materiálů, mechanika mikropolárního kontinua.

Odborné dovednosti po absolvování předmětu

  • konstruovat a matematicky popsat reologické modely viskoelastických materiálů (speciálně tkání)
  • numericky řešit modely interakce kontinuí různých fází v biomechanice
  • popsat a numericky řešit základní úlohy nelineární mechaniky kontinua (totální a aktualizovaná Lagrangeova formulace)
  • popsat a řešit proudění krve v cévách, numerické a experimentální modelování (konstitutivní vztah krve, nenewtonská kapalina, viskozimetry)
  • popsat a řešit srdečně cévní soustavu (srdeční sval, model srdce, Starlingův zákon a jeho důsledky, stavba a výkon srdce)
  • popsat a řešit základní modely svalů (Hillova rovnice, mechanika sarkomery, Huxleyho a Hillův model, zpeřené a nezpeřené svaly, silové a rychlostní charakteristiky)
  • popsat biomechanické vlastnosti a vytvořit modely hladkého svalstva (kůže, tlusté střevo, močovody, močový měchýř)
  • popsat biomechanické vlastnosti vazů, chrupavky, kostní tkáně, hladkého a příčně pruhovaného svalstva
  • popsat procesy a numericky řešit tribologické problémy v lidských kloubech (modely mazání, synoviální kapalina)

Požadavky na studenta

Požadavky k zápočtu:
Vypracování a odevzdání semestrální práce na odpovídající úrovni. Zápočet z předmětu KME/BIM získaný v předchozích letech studia se neuznává.

Požadavky ke zkoušce:
Aktivní znalost přednášené látky a aplikace teoretických poznatků na řešení vybraných biomechanických problémů.

Doporučená literatura

Více informací o předmětu (portál ZČU)

Patička