Čeština (Česká republika)

Interaktivní studijní podpory předmětu Biomechanika II zaměřené na tvorbu výpočtových modelů

There are no translations available.

Tyto studijní materiály vznikly za podpory projektu FRVŠ 2829/2011/G1.

     Cílem projektu je vytvoření metodických podkladů pro tvorbu jednotlivých modelů s biomechanikou tématikou, které umožní rozšíření a zkvalitnění výuky předmětu Biomechanika II a závěrečných studentských projektů. Díky umístění vytvořených podkladů na internetu bude zkvalitnění výuky dosaženo bez nárůstu výukových hodin.Interaktivní podklady budou s využitím a prohloubením znalostí studenta z předchozí výuky stimulovat k samostatné studentské práci. Vytvořené materiály budou zpracovány do podoby metodických podkladů a budou poskytnuty pro studenty akreditovaného magisterského studijního oboru M3905-Aplikovaná mechanika.

 

Biomechanika je v současné době rapidně rozvíjející obor, co do obsahu i do hloubky řešených problémů. Cílem těchto opor je rozšíření a zkvalitnění výuky předmětu Biomechanika II. Pozornost je zaměřena na tvorbu výpočtových modelů (model geometrie, model materiálu a výpočtový model), které se vyskytují v semestrálních a poté závěrečných studentských pracích. Výstupem projektu jsou metodické texty pro tvorbu těchto modelů s využitím moderních zobrazovacích metod (Počítačová tomografie - CT).

Tyto stránky jsou určeny studentům jako studijní opora do předmětu Biomechanika II. 

Zhodnocení projektu FRVŠ 2829/2011/G1 je v závěrečné zprávě.pdf

Pro jednotlivé metodické texty byly vytvořeny přílohy formou prezentací a vytvořených videonahrávek. Vypracované metodické texty i přílohy jsou ke stažení níže.

 

1. Příprava a tvorba STL modelu

Při řešení úloh v biomechanice je potřeba mít dobrou představu o tvaru řešeného objektu. Tuto představu je možné získat pomocí moderních zobrazovacích metod - počítačová tomografie CT a metod zpětné rekonstrukce CT snímků, kdy je možné z CT snímků zpětně vytvořit virtuální 3D model (STL model) sledovaného objektu. Text v této kapitole je zaměřen na tvorbu STL modelů a na přístupy jak STL model vytvořit. Tato kapitola popisuje jak STL model vytvořit pomocí manuální a automatické segmentace.

Text : 

Tvorba STL modelu.pdf

Prezentace:        

Tvorba STL modelu v biomechanice.pdf

Video:

 

2. Tvorba modelu geometrie v programech SolidWorks a CATIA

Stereolithography - STL modely jsou pro další kroky v přípravě modelu geometrie důležité, protože nám poskytují informace o tvaru objektu. STL model je vstupní model, který je dále potřeba pomocí CAD/CAM programů přepracovat na objemový model. V této kapitole bude popsán postup jak vytvořit objemový model geometrie. Některá STL data nemusí být dostatečně vhodná a proto je potřebné tyto data tzv. "vyčistit" a připravit pro tvorbu objemových modelů a to buď objemového modelu je možné využít automatických i manuálních metod. 

Text : 

Tvorba modelu geometrie.pdf

Prezentace:         

Tvorba modelu geometrie v biomechanice.pdf

Video:

 

3. Tvorba modelu materiálu pro živé tkáně

Model materiálu živých tkání se v běžné praxi modeluje jako homogenní izotropní lineárně pružný materiál, tedy tzv. Hookovský materiál, jež je určen Youngovým modulem pružnosti E [MPa] a Poissonovým číslem μ [-]. Tyto hodnoty jsou také závislé na stáří kosti tkáně, hustotě. V mnoha oblastech vědecké práce mají tyto hodnoty získané z odborných článků své uplatnění, ovšem v případě, kdy výzkum je prováděn na tkáni, pro kterou je potřeba znát přesné deformačně napěťové charakteristiky, je vhodné použit materiálové hodnoty, jež odpovídají danému zkoumanému subjektu.

V současné době, kdy je model geometrie vytvářen na základě CT snímků, jak je zmíněno v kapitole: Tvorba STL modelu, je možné z CT snímkům, získat materiálové charakteristiky. Tyto charakteristiky odpovídají přímo danému modelu a to na základě intenzity pixelů, neboli CT čísel, které reprezentuje intenzitu tlumení záření rentgenky v závislosti typu tkáně. Na CT snímku je hodnota pixelu reprezentována rozdílnou intenzitou šedé barvy, přičemž pro lidské oko je velmi obtížné rozeznat rozdíly mezi jednotlivými intenzitami pixelu.

 

Text : 

Tvorba modelu materiálu pro živé tkáně.pdf

Prezentace:         

Tvorba modelu materiálu.pdf

Vztahy pro převod HU jednotek na Youngův modul:         

Vztahy pro převod HU jednotek na Youngův modul.pdf

 

4. Tvorba výpočtového modelu

Předchozí kapitoly byly věnovány tomu, jak připravit jednotlivé dílčí části pro vytvoření výpočtového modelu řešené součásti. Výpočtový model se skládá z modelu geometrie (tento lze vytvořit přímo ve výpočtovém programu nebo je možné připravit model geometrie v speciálních CAD programech), modelu materiálu (v nejčastějším případě jsou materiálové charakteristiky získány z literatury nebo je možné je určit experimentálně), modelu zatížení a okrajových podmínek a konečnoprvkového modelu. Tato kapitola bude zaměřena na základní vytvoření výpočtového modelu v programu ANSYS a to v klasickém i Workbench prostředí. Tento text si klade za cíl upozornit uživatele na funkce a informace, které nemusí být při tvorbě výpočtového modelu zřejmé.

 

Text : 

Tvorba výpočtového modelu.pdf

Prezentace:         

Tvorba výpočtového modelu v klasickém prostředí.pdf

Tvorba výpočtového modelu v  prostředí Workbench.pdf