Diseño biomecánico

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Aproximación formal al curso de Diseño Biomecánico impartido a estudiantes de Ingeniería Biomédica de la Universidad Autónoma de Occidente, Cali, Colombia

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Diseño biomecánico

  1. 1. Diseño Biomecánico Una aproximación formal Oscar Campo, PhD
  2. 2. Diseño Biomecánico Ingeniería Biomédica: hombre Biomecánica: seres vivos
  3. 3. Diseño Biomecánico Biomimética
  4. 4. Diseño Biomecánico Interacción de sistemas: “ingenierías híbridas” Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3
  5. 5. Diseño Biomecánico Interacción de sistemas Ciencias de la vida Electrónica Informática Administración Mecánica
  6. 6. Diseño Biomecánico Sistema Biomecánico Sistema Sistema Biológico Mecánico
  7. 7. Diseño Biomecánico Usuario… Elemento Sistema Elemento Mecánico Elemento
  8. 8. Diseño Biomecánico Elementos
  9. 9. Diseño Biomecánico Sistemas Mecánicos
  10. 10. Diseño Biomecánico En una camilla hospitalaria…
  11. 11. Diseño Biomecánico En una prótesis de rodilla…
  12. 12. Diseño Biomecánico Fijación de fracturas…
  13. 13. Diseño Biomecánico Otros sistemas…
  14. 14. Diseño Biomecánico Características generales… CargasTodo elemento mecánicodebe soportar una carga
  15. 15. Diseño Biomecánico Características generales… GeometríaTodo elemento tiene una forma definida, la cual está limitada por el entorno
  16. 16. Diseño Biomecánico Características generales… MaterialTodo elemento está constituido de un material específico
  17. 17. Diseño Biomecánico Función de Desempeño Requerimientos Funcionales Requerimientos Geométricos Propiedades del Material P=f(F)f(G)f(M)
  18. 18. Diseño Biomecánico Función de Desempeño
  19. 19. Diseño Biomecánico Ejemplo de aplicación Un deportista con amputación transfemoral necesita una prótesis deportiva con articulación de rodilla de tal manera que sea lo más liviana posible
  20. 20. Diseño Biomecánico Definición del objetivoEl mejor desempeño se logrará minimizando la masa: p=m p* = optimiza(m)
  21. 21. Diseño Biomecánico Requerimientos funcionalesLa carga crítica del adaptadormodular, funcionando comouna columna es:
  22. 22. Diseño Biomecánico Características geométricas: l, t Función de desempeño p = f(F) f(G) f(M)
  23. 23. Diseño Biomecánico OptimizaciónSe requiere alto E y mínimo ρ
  24. 24. Diseño Biomecánico Definición de la geometría Y el factor de seguridad?
  25. 25. Diseño Biomecánico Definición del Factor de Seguridad: Suponer basado en experiencia Usar valores recomendados Usar métodos estadísticos
  26. 26. Diseño Biomecánico Para todo elemento se debe cumplir como condición de seguridad:
  27. 27. Diseño Biomecánico Definición de una nueva variable aleatoria:Normalizando 0 −φ z= SDφ
  28. 28. Diseño Biomecánico Reexpresando 0 −φ z= SDφ zSDφ = −φ z 2 ( SDy + SDσ ) =(σ y − σ )^2 2 2Definiendo el Coeficiente de Variación: SDx Cx = x
  29. 29. Diseño Biomecánico Reexpresando en función de Cx: z 2 ( C y σ y + Cσ σ 2 ) = ( σ y − σ ) 2 2 2 2 1 2 2 2 1 z ( C y σ y + Cσ σ 2 ) = 2 ( σ y − 2σ yσ + σ 2 ) 2 2 σ2 σ z 2 ( C y fs 2 + Cσ ) = ( fs 2 − 2 fs + 1) 2 2 1 ± 1 − ( 1 − C y z 2 ) ( 1 − Cσ z 2 ) 2 2 fs = 1 − Cy z 2 2
  30. 30. Diseño Biomecánico Ahora se puede definir z a partir de: Una probabilidad de falla deseada Una vida útil deseada
  31. 31. Diseño Biomecánico Conclusión Desempeño basado en características generalizadoras F, G, M Esfuerzo limitado por resistencia Seguridad del diseño basado en variables aleatorias
  32. 32. Diseño Biomecánico Mil Gracias oicampo@uao.edu.co

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