Computational Biomechanics (CBio)

Kursbeschreibung / -kommentar

(The course will be in English if necessary)
Die Vorlesung behandelt den gesamten Vorgang von der klinischen/biologischen Fragestellung über die Modellbildung und Simulation bis hin zur Verifizierung, Validierung und Auswertung und Beurteilung der Bedeutung der Ergebnisse. In einer Übung wird die Verwendung von Standardwerkzeugen gezeigt und ggf. auch geübt. Themengebiete:
•Kurzwiederholung: Grundlagen der Technischen Mechanik: Statik, Elastostatik, Dynamik
•Einführung in die Biomechanik in Medizin, Biologie, Sport
•Grundlagen der Numerischen Verfahren: Lagrange Gleichungen 1. und 2. Art, FEM, FVM, Numerische Integration
•Modellbildung/Geometrie/Vernetzung: Bildgebende Verfahren, Segmentierung, Bottom-Up-Methode, Voxelmodelle, Elementformen und Netzkonvergenz.
•Werkstoffgesetze für biologische Gewebe: anisotrop, nichtlinear, hyperelastisch, viskoelastisch, nichtelastisch, adaptiv•Last u. Randbedingungen: Vernünftige Wahl, Berechnung von Muskelkräften mit invers-dynamischen Mehrkörpermodellen (Anybody)
•Auswertung und Darstellung, Verifikation und Validierung von Modellen und Ergebnissen
•Beispiel: Knochen-Implantat-Kontakt, Stress-Shielding, Micro-Movement
•Beispiel: Simulation der apparenten Steifigkeit von trabekulärem Knochen
•Beispiel: Vorwärtsdynamische Mehrkörpersimulation mit ADAMS, Berechnung von momentanen Drehachsen.
•Beispiel: Invers-dynamische Simulation von muskuloskelletalen Systemen mit der Software Anybody.
•Beispiel: Knochenumbausimulation (Remodelling).
•Beispiel: Frakturheilungssimulation (Fuzzy Logic, Levelset-Methode).
•Beispiel: Strömungssimulation am Beispiel der Luftströmung durch die Nase.