Biomedical Engineering - Biomeccanica

Second partial exam

APPELLO ESAME BIOMECCANICA AA 21_22 17 GENNAIO 202 2 Lo svolgimento deve essere fatto sui fogli corrispondenti, utilizzare gli spazi assegnati e nel caso servisse utilizzate il retro dei fogli. Nome Cognome:………………………………………………………… Codice persona:…………………………………………………………. NOTE:………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. (20) TEORIA (3) La deformabilità della cartilagine migliora il meccanismo di lubrificazione per squeeze film; descrivere tale meccanismo e giustificare opportunamente tale affermazione. (1) Per lo stato di sollecitazione del disco quale delle tre condizioni è più critica: 1. posizione prona 2. posizione eretta 3. posizione seduta (2) Illustrare la st ruttura gerarchica del tendine, specificando la scala dimensionale che caratterizza i diversi livelli della struttura. (1) La gap region nel tendine: 1. è la zona tra le fibrille 2. è una zona tra le molecole 3. è una zona di fallimento strutturale 4. è una zona in cui si nucleano i cristalli di idrossiapatite (3) Ricavare l’equazione di equilibrio della parete del vaso sotto l’ipotesi di parete spessa (2) Descrivere il funzionamento delle metarteriole nella circolazione periferica (1) Le pareti dei vasi sono pretensionate: 1. in direzione circonferenziale 2. in direzione radiale 3. in direzione longitudinale 4. in nessuna direzione (3) Calcolare il profilo di velocità per un fluido di Bingham a partire dalle equazioni di equilibrio macroscopico in un vaso cilindrico a sezione circolare in condizioni di flusso stazionario. (4) Definire la legge di Bernoulli e spiegarne il significato. APPELLO ESAME BIOMECCANICA AA 21_22 17 GENNAIO 202 2 ESERCIZI (12) Lo svolgimento deve essere fatto sui fogli corrispondenti, utilizzare gli spazi assegnati e nel caso servisse utilizzate il retro dei fogli. Nome Cognome:………………………………………………………… Codice persona:…………………………………………………………. Esercizio 1 [6 punti]. Si vuole realizzare un circuito idra ulico alimentato da una soluzione di acqua e glicerolo (ρ=1.05 g/cm 3, μ=4 cP ), che riproduca le caratteristiche della circolazione polmonare . Il circuito è costituito da una pompa (P) che fornisce una portata media di 5 L/min, una resistenza idraulica (R) ed una compliance (C), disposti in serie come mostrato in figura e collegati tra loro da tubi di diametro interno 1.5 cm e lunghezza L = 30 c m. La resistenza idraulica è realizzata con un fascio di N f = 2500 fibre parallele, di diametro interno 800 μm. La compliance è realizzata tramite un recipiente rigido aperto a base quadrata di lato l e altezza h. 1) Si determinino la lunghezza delle fibre ed il lato di base del recipiente che consentono di ottenere valori di resistenza e compliance fisiologici ( 0.925 mmHg·min/L e 16 mL/mmHg ). Trascurare le perdite concentrate nelle sezioni di ingresso e uscita delle fibr e [2 punti]. 2) Calcolare l’energia specifica fornita dalla pompa (espressa in J/kg), sapendo che la perdita concentrata dovuta a ingresso e uscita dalla compliance è legata alla velocità al quadrato tramite un fattore di perdita Kin=1 e K out=0.5, ( Δ�������������� ������= ������������������2 2 ) [2 punti]. 3) Qual è l’altezza minima h che deve avere il recipiente che costituisce la compliance del sistema supponendo che la pressione relativa in uscita sia p2=15 mmHg ? [2 punti]. Esercizio 2 [2 punti]. In un’operazione per la ricostruzione di un legamento crociato anteriore lesionato si decide di intervenire suturando le due parti (di uguale lunghezza e sezione trasversale) al di sopra e al di sotto della lesione. In supporto al le gamento così ricostruito si dispone un dispositivo di ausilio come mostrato in Figura.a . Note la rigidezza del legamento integro K LCA = 300 N/mm, del filo di sutura K S = 250 N/mm e le caratteristiche geometriche del dispositivo di ausilio (lunghezza = 32 m m, sezione trasversale = 0.5 cm 2), si selezioni per la realizzazione del dispositivo, uno tra i 5 materiali testati a trazione e riportati in Figura.b , in modo che la rigidezza complessiva del sistema sia il più possibile prossima a quella di un legamento sano. Illustrare chiaramente i passaggi che conducono a tale scelta . a) b) Esercizio 3 [4 punti]. Un impianto dentale è una struttura metallica inserita all’interno dell’osso che subisce degli sforzi di compressione periodici durante la masticazione. La masticazione si può dividere in due fasi: una fase di chiusura (dalla durata di 1s) in cui vengono r egistrati sforzi di 20MPa e una fase di apertura (dalla durata di 2s) in cui non vengono registrati sforzi. Sapendo che le costanti K e η sono uguali a 150MPa e 0.3GPa·s e che la risposta viscoelastica del materiale sia riproducibile tramite modello di Voi gt, si calcoli la storia degli sforzi e delle deformazioni subita dall’impianto dentale fino alla fine della seconda fase di chiusura. (Non è necessaria la dimostrazione per l’ottenimento della risposta meccanica del modello di Voigt). APPELLO ESAME BIOMECCANICA AA 21_22 17 GENNAIO 202 2 DISEGNO (4) Lo svolgimento deve essere fatto sui fogli corrispondenti, utilizzare gli spazi assegnati e nel caso servisse utilizzate il retro dei fogli. Nome Cognome:………………………………………………………… Codice persona :…………………………………………………………. DOMANDA 1 [3 PUNTI]: Valutare l’accoppiamento 30 H7/p6, calcolando scostamenti e tolleranze dell’albero e del foro, giochi e/o interferenze (minimi e massimi). Rappresentare graficamente. Considerare l’accoppiamento 30 P6/□7 dove il simbolo quadrato indica una lettera mancante. Completare la nomenclatura trovando la lettera corretta affinché l’accoppiamento risulti equivalente a quello dato nel punto precedente, ovvero con gli stessi giochi/interferenze. Riportare scostamenti e tolleranze dell’albero e del foro e rappresentare graficamente. DOMANDA 2 [1 PUNTO]. Indicare quale dei seguenti collegamenti filettati rappresenta correttamente un collegamento con vite mordente.