3.1 Задания для текущего контроля
1) Контрольная работа
Вариант контрольной работы на тему: «Механические свойства костной ткани, хряща, сухожилий»
1. Выполнить расчет плотности и механических характеристик кортикальной и губчатой костной ткани на основе данных компьютерной томографии.
2. Сравнить полученные данные с литературными. Сравнить полученные данные с данными, рассчитанными на основе метода денситометрии.
3. Провести в конечно-элементной системе (ANSYS, Abaqus и т. п.) численный расчет нагружения бедренной кости с полученными механическими характеристиками.
4. Провести сравнительный анализ возникающих напряжений и деформаций для различных значений модулей упругости костной ткани.
Методические указания
Вспомнить эмпирическую формулу для оценки механических свойств и плотности костной ткани по данным компьютерной томографии. Вспомнить методику вычисления этих параметров на основе данных денситометрии. Воспользоваться указанной преподавателем литературой для сравнения рассчитанных свойств с литературными данными. Расчеты выполнять в системах конечно-элементного моделирования, основываться на методических пособиях, выданных преподавателем и основной литературой из списка в рабочей программе.
Критерии оценивания контрольной работы
Каждое задание должно быть представлено с подробным описанием решения. Только в этом случае студенту зачитывается решение той или иной задачи. Из четырех предлагаемых задач на положительную оценку достаточно решить 2. Менее 2 решенных задач – оценка не зачтено.
Таким образом, контрольная работа оценивается от 0 до 10 баллов. Оценка соответствует следующей шкале:
Отметка | Кол-во баллов | Процент верных ответов |
Отлично | 9-10 | Свыше 86 % |
Хорошо | 7-8 | 61 – 85 % |
Удовлетворительно | 5-6 | 50 – 60 % |
Неудовлетворительно | менее 5 | менее 50 % |
2) Задания для практических и лабораторных занятий
В ходе практических занятий и самостоятельной работы студентами решаются задания, служащие для освоения и детального изучения материала темы. Для решения каждого из заданий используется материал одной или нескольких тем, рассмотренных ранее в ходе лекционных занятий.
1. Обработка компьютерной томограммы бедра для построения трехмерной твердотельной модели бедренной кости в системе автоматизированного проектирования.
2. Моделирование переломов бедренной кости в системе автоматизированного проектирования.
3. Моделирование интрамедуллярного фиксатора для остеосинтеза переломов диафиза бедра в системе автоматизированного проектирования.
4. Моделирование аппарата внешней фиксации для остеосинтеза переломов диафиза бедра в системе автоматизированного проектирования.
5. Совмещение моделей кости и аппаратов фиксации в системе автоматизированного проектирования.
6. Постановка и численное решение задачи о напряженно-деформированном состоянии системы кость-фиксатор в конечно-элементной системе. Расчет двух систем фиксации. Сравнительный анализ полученных результатов.
7. Обработка компьютерной томограммы поясничного отдела позвоночного столба для построения трехмерной твердотельной модели позвонков и межпозвонковых дисков поясничного отдела в системе автоматизированного проектирования.
8. Установка в модель поясничного отдела фиксаторов и кейджа, моделирование перелома в системе автоматизированного проектирования. Расчет напряженно-деформированного состояния системы позвоночник-фиксатор в конечно-элементной системе.
9. Определить жесткость пружины k в единицах измерения СИ для сплошного цилиндра (модель кости по свойствам ее кортикального слоя) высотой 0.5 м и диаметром 2 см. Модуль Юнга взять равным 17.4 ГПа.
10. Дана цилиндрическая пружина длиной 2 см, диаметром 3 мм и жесткостью k=1.7*10^5 Н/м. На сколько пружина растянется, если к ней приложить силу 100 Н? Какова величина относительной деформации пружины? Пружина сделана из однородного материала. Определите модуль Юнга этого материала в МПа.
11. С помощью данных следующей таблицы найдите напряжение в МПа, необходимое для растяжения компактного вещества бедренной кости, ногтей, нервов, кожи и коронарных артерий до относительной деформации 0.01. При решении считайте эти биологические материалы эластичными по Гуку, а деформации – малыми.
12. С помощью данных следующей таблицы найдите относительную деформацию бедренной кости, ногтей, нервов, кожи и коронарных артерий, если эти биологические материалы подвергнуты напряжению 0.5 МПа. При решении считайте эти биологические материалы эластичными по Гуку, а деформации – малыми.
Методические указания для выполнения заданий практических занятий
Задания используются как в качестве наглядной демонстрации решения задач того или иного типа в ходе семинарских занятий, так и для самостоятельной работы студентов. В качестве самостоятельной работы студентам целесообразно использовать 2-3 задания, в зависимости от степени усвоения материала.
Критерии оценивания
Каждое задание оценивается 0-2 балла, в зависимости от качества его выполнения:
- задание, выполненное полностью без существенной помощи преподавателя, оценивается в 2 балла;
- задание, выполненное не полностью, с небольшими ошибками либо с существенной помощью преподавателя, оценивается в 1 балл;
- задание, не выполненное, выполненное с существенными ошибками или выполненное менее чем наполовину, оценивается в 0 баллов.
3.2. Промежуточная аттестация
Список вопросов к экзамену
1. Пассивная часть ОДА. Строение и функционирование пассивной части ОДА: скелет, отделы, типы соединений, виды костей, связки, сухожилия, мениски. Скелет туловища, черепа, конечностей. Особенности ОДА человека.
2. Активная часть ОДА. Строение и функционирование активной части ОДА: мышцы, их виды, форма, функции, соединительная ткань, сухожилия. Работа и сила мышц.
3. Механические свойства костной ткани, хряща, сухожилий. Свойства костной ткани. Структурные уровни компактной костной ткани. Спонгиозная костная ткань.
4. Закон Вольфа о перестройке костной ткани. Пределы прочности, упругие постоянные. Определение модуля Юнга трабекулярной костной ткани: мезоскопическая и макроскопическая модели. Трабекула как балка.
5. Структура и свойства сухожилий, хрящевой соединительной ткани. Число Хаунсфилда. Определение механических свойств на основе данных томографического исследлвания. Использование метода денситометрии.
6. Механика опорно-двигательной системы для двуногой ходьбы.
7. Движение центра масс при двуногой ходьбе в поле тяжести Земли. Уравнения динамики ноги при циркулярной ходьбе и анализ по стадиям движения.
8. Описание процесса устойчивости пассивной циркулярной ходьбы. Исследование движения системы на устойчивость.
9. Влияние угла наклона плоскости на параметры походки системы. Влияние отношения масс ноги. Влияние отношения длин ноги.
10. Бифуркации и дублирование периода походки. Моделирование процесса ходьбы с учетом упругости ног и распределения масс. Моделирование двуногой ходьбы человека с протезом.
11. Механика мышечных тканей. Феноменологические модели мышечных тканей. Модель Хилла, мощность одиночного сокращения.
12. Моделирование функционирования мышц на основе структурного подхода. Структурно-феноменологический подход к моделированию функционирования мышцы.
13. Роль вибрации и температуры в функционировании мышцы. Структура мышц. Утомление мышцы. Механическая модель активного состояния мышцы.
14. Механика позвоночного столба. Механика межпозвоночного диска. Математическая модель позвоночного столба. Модель развития сколиоза.
15. Математические модели конечностей. Общие вопросы биомеханики нижней конечности человека.
16. Моделирование напряженно-деформированного состояния головки бедренной кости. Моделирование движения нижней конечности в стадии опоры. Моделирование движения руки. Кинематический анализ манипулятора.
17. Остеосинтез, его особенности, виды. Моделирование напряженно-деформированного состояния спицы аппаратов внешней фиксации костных отломков.
18. Моделирование распределения усилий в биомеханической системе при накостном остеосинтезе.
19. Моделирование интрамедуллярной фиксации стержнями.
20. Переломы длинных трубчатых костей. Классификация переломов.
Методические рекомендации по подготовке и процедуре осуществления контроля выполнения
Промежуточная аттестация по дисциплине «Биомеханика опорно-двигательного аппарата» проводится в виде теоретического зачета. Учебным планом по направлению подготовки 01.03.03 «Механика и математическое моделирование» предусмотрено одна промежуточная аттестация по данной дисциплине. Подготовка студента к прохождению промежуточной аттестации осуществляется в период лекционных и семинарских занятий, а также во внеаудиторные часы в рамках самостоятельной работы. Во время самостоятельной подготовки студент пользуется конспектами лекций, основной и дополнительной литературой по дисциплине (см. перечень литературы в рабочей программе дисциплины).
Критерии оценивания
Во время теоретического экзамена студент должен дать развернутый ответ на вопросы, изложенные в билете. Преподаватель вправе задавать дополнительные вопросы по всему изучаемому курсу.
Во время ответа студент должен продемонстрировать знания по основам биомеханики опорно-двигательного аппарата: механические свойства костных тканей, хрящей и сухожилий, по механике опорно-двигательного аппарата, по механике мышечных тканей, позвоночного столба, математическим моделям конечностей, остеосинтезе и его математическому и компьютерному моделированию. Студент должен уметь разделять факты и их интерпретации в биомеханике, высказывать и аргументировать собственную точку зрения по тем или иным вопросам биомеханики опорно-двигательного аппарата. Полнота ответа определяется показателями оценивания планируемых результатов обучения.
Критерии оценки
Зачтено (оценка «5»)
Ответ на «отлично» оценивается от 35 до 40 баллов:
- наблюдается глубокое и прочное усвоение программного материала;
- даются полные, последовательные, грамотные и логически излагаемые ответы;
- студент свободно справляется с поставленными задачами;
- студент принимает правильно обоснованные решения.
Зачтено (оценка «4»)
Ответ на «хорошо» оценивается от 25 до 34 баллов:
- демонстрируется хорошее знание программного материала;
- грамотное изложение, без существенных неточностей в ответе на вопрос;
- правильное применение теоретических знаний.
Зачтено (оценка «3»)
Ответ на «удовлетворительно» оценивается от 20 до 24 баллов.
- наблюдается усвоение основного материала;
- при ответе допускаются неточности;
- при ответе присутствуют недостаточно правильные формулировки;
- нарушение последовательности в изложении программного материала.
Не зачтено (оценка «2»)
Ответ на «неудовлетворительно» оценивается от 0 до 19 баллов:
- незнание программного материала;
- при ответе возникают ошибки.
Отметка | Кол-во баллов | Процент верных ответов |
Зачтено (оценка «5») | 35-40 | Свыше 86 % |
Зачтено (оценка «4») | 25-34 | 61 – 85 % |
Зачтено (оценка «3») | 20-24 | 50 – 60 % |
Не зачтено (оценка «2») | 0-19 | менее 50 % |
ФОС текущего контроля и промежуточной аттестации по дисциплине «Биомеханика опорно-двигательного аппарата» одобрен на заседании кафедры математической теории упругости и биомеханики (протокол № 1 от 01.01.2001 года).
Автор: ___________ , к. ф.-м. н., доцент кафедры математической теории упругости и биомеханики механико-математического факультета СГУ.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
