Post on 24-Jun-2015
Diseño Biomecánico
Una aproximación formalOscar Campo, PhD
Diseño Biomecánico
Ingeniería Biomédica: hombre Biomecánica: seres vivos
Diseño Biomecánico
Biomimética
Diseño Biomecánico
Interacción de sistemas: “ingenierías híbridas”
Sistema 1
Sistema 2
Sistema 3
Diseño Biomecánico
Interacción de sistemas
Ciencias de la vida
Electrónica
Mecánica
InformáticaAdministración
Diseño Biomecánico
Sistema Biomecánico
SistemaBiológico
SistemaMecánico
Sistema Mecánico
Diseño Biomecánico
Usuario…
Elemento
Elemento
Elemento
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Elementos
Diseño Biomecánico
Sistemas Mecánicos
Diseño Biomecánico
En una camilla hospitalaria…
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En una prótesis de rodilla…
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Fijación de fracturas…
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Otros sistemas…
Diseño Biomecánico
Características generales… CargasTodo elemento mecánico debe soportar una carga
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Características generales… GeometríaTodo elemento tiene una forma
definida, la cual está limitada por el entorno
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Características generales… MaterialTodo elemento está constituido de
un material específico
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Función de Desempeño Requerimientos Funcionales Requerimientos Geométricos Propiedades del Material
P=f(F)f(G)f(M)
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Función de Desempeño
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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
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Definición del objetivoEl mejor desempeño se logrará
minimizando la masa:
p=mp* = optimiza(m)
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Requerimientos funcionales
La carga crítica del adaptador modular, funcionando como una columna es:
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Características geométricas: l, t
Función de desempeño
p = f(F) f(G) f(M)
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Optimización
Se requiere alto E y mínimo
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Definición de la geometría
Y el factor de seguridad?
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Definición del Factor de Seguridad:
Suponer basado en experiencia Usar valores recomendados Usar métodos estadísticos
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Para todo elemento se debe cumplir como condición de seguridad:
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Definición de una nueva variable aleatoria:
Normalizando0
zSD
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Reexpresando
Definiendo el Coeficiente de Variación:
2 2 2
0
y y
zSD
zSD
z SD SD
xx
SDC
x
( )^2
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Reexpresando en función de Cx:
22 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 22 2
2 2 2 2 2
2 2 2 2
2 2
1 12
2 1
1 1 1 1
1
y y y
y y y y
y
y
y
z C C
z C C
z C fs C fs fs
C z C zfs
C z
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Ahora se puede definir z a partir de:
Una probabilidad de falla deseada
Una vida útil deseada
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Conclusión Desempeño basado en
características generalizadoras F, G, M
Esfuerzo limitado por resistencia Seguridad del diseño basado en
variables aleatorias
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Mil Graciasoicampo@uao.edu.co