Universitat Internacional de Catalunya
Tècniques de Modelització i Simulació
Altres llengües d'impartició: català, castellà,
Professorat
Envieu un correu electrònic per concertar una cita.
Presentació
Prof. Behnam Mobaraki bmobaraki@uic.es
Aquest curs introdueix els principis fonamentals de les equacions diferencials i el Mètode d'Elements Finit (FEM). També explora diversos escenaris pràctics en els àmbits de la mecànica estructural, transferència de calor, dinàmica de fluids i circuits elèctrics, demostrant les seves aplicacions en el camp de la Bioenginyeria.
La docència de lassignatura es realitza en anglès.
Requisits previs
L'assignatura s'imparteix en anglès, de manera que cal tenir un coneixement suficient d'aquest idioma com per poder seguir les explicacions i assimilar part de l'material didàctic proporcionat. L'assignatura utilitza tècniques matemàtiques que cal conèixer prèviament: matriu de rigidesa, sistemes d'equacions i ús del programari de programació MATLAB.
Objectius
1. Coneix els fonaments de les equacions diferencials.
2. Coneix els fenòmens físics rellevants que influeixen en els models de Bioingeniería.
3. Introduir els conceptes bàsics del mètode d'elements finits (FEM).
4. Estudiar la solució d'equacions diferencials utilitzant el programari COMSOL.
5. Presentar diversos mètodes per a modelar en Bioingeniería i ciències de la vida amb el programari COMSOL.
6. Estudiar diversos casos d'aplicació pràctica.
Competències/Resultats d’aprenentatge de la titulació
- CB1 - Que els estudiants hagin demostrat posseir i comprendre coneixements en una àrea d'estudi que parteix de la base de l'educació secundària general, i se sol trobar a un nivell que, si bé es recolza en llibres de text avançats, inclou també alguns aspectes que impliquen coneixements procedents de l'avantguarda del seu camp d'estudi
- CB2 - Que els estudiants sàpiguen aplicar els seus coneixements al seu treball o vocació d'una forma professional i posseeixin les competències que solen demostrar-se per mitjà de l'elaboració i defensa d'arguments i la resolució de problemes dins la seva àrea d'estudi
- CE1 - Resoldre els problemes matemàtics que puguin plantejar-se en l'àmbit de la Bioenginyeria. Aptitud per aplicar els coneixements sobre geometria, càlcul integral, mètodes numèrics i optimització
- CE10 - Dissenyar estructures fixes i removibles en les aplicacions de pròtesis i ortopròtesis
- CE16 - Aplicar la terminologia pròpia de la Bioenginyeria tant oral com escrita en una tercera llengua.
- CE2 - Saber aplicar els conceptes bàsics sobre les lleis generals de la mecànica i la biomecànica per a la resolució de problemes propis de l'àmbit de la Bioenginyeria
- CE3 - Aplicar a la Bioenginyeria els coneixements fonamentals sobre l'ús i programació dels ordinadors, sistemes operatius, bases de dades i programes informàtics.
- CE9 - Aplicar els fonaments bàsics de l'elasticitat i resistència de materials al comportament de sòlids reals.
- CG1 - Desenvolupar projectes en els àmbits de la Bioenginyeria que tinguin per objecte la concepció, el disseny i la fabricació de pròtesis i ortopròtesis específiques a una patologia o necessitat determinada.
- CG10 - Saber treballar en un entorn multilingüe i multidisciplinari
- CG3 - Tenir capacitat per a l'aprenentatge de nous mètodes i teories i ser versàtil per a l'adaptació a noves situacions.
- CT3 - Saber comunicar-se de forma oral i escrita amb altres persones sobre els resultats de l'aprenentatge, de l'elaboració del pensament i de la presa de decisions; participar en debats sobre temes de la pròpia especialitat
- CT4 - Ser capaç de treballar com a membre d'un equip interdisciplinari, ja sigui com un membre més o realitzant tasques de direcció, amb la finalitat de contribuir a desenvolupar projectes amb pragmatisme i sentit de la responsabilitat, assumint compromisos tenint en compte els recursos disponibles
Resultats d’aprenentatge de l’assignatura
L'estudiant, després de cursar aquest curs, ha de:
- Haver adquirit coneixements suficients d'equacions diferencials.
- Posseir un coneixement adequat del mètode dels elements finits.
- Haver adquirit la capacitat d'arribar a conclusions vàlides després de realitzar l'anàlisi i disseny de models de Bioenginyeria a COMSOL
Continguts
1 Introducció
1.1 Principals passos en la solució del problema de la Bioenginyeria.
1.2 Física rellevant que afecta el comportament dels models de Bioenginyeria.
1.3 Tipus d'estrès i tensió.
2 Equacions diferencials
2.1 Equació diferencial ordinària (ODE).
2.2 Equació diferencial parcial (PDE).
3 MATLAB
3.1 Resolució d'ODE i PDE en MATLAB
3.2 Resolució de models de bioenginyeria en MATLAB.
4 Mètode dels elements finits (FEM)
4.1 Anàlisi 1D d'elements finits
4.2 La teoria de l'elasticitat en l'anàlisi 2D (Plane stress & Plane strain).
5 COMSOL
5.1 Anàlisi 2D i disseny de models de Bioenginyeria.
5.2 Anàlisi 3D i disseny de models de Bioenginyeria.
Metodologia i activitats formatives
Modalitat totalment presencial a l'aula
Les activitats es poden agrupar en quatre grans tipus: sessions expositives, sessions participatives, sessions pràctiques i estudi individual o en grup.
Sistemes i criteris d'avaluació
Modalitat totalment presencial a l'aula
L'avaluació de l'assignatura serà la següent:
•Treballs: 15%
•Activitat de classe: 20%
•Examen parcial: 30% (15 de octubre de 2024)
•Projecte final: 35%
Per aprovar l'assignatura, l'estudiant superarà l'examen parcial amb un mínim de 5,0 i els treballs i les activitats de classe són obligatòries. A més, el plagi, la còpia o qualsevol altra acció que es pugui considerar engany serà zero en aquest apartat d'avaluació. A més, el plagi durant els exàmens suposarà la suspensió immediata de tota l'assignatura.
Bibliografia i recursos
- Dokos S (2016) Modelling organs, tissues, cells, and devices using MATLAB and COMSOL multiphysics. Springer.
- Kattan P (2006) MATLAB guide to finite elements, second edition. Springer
- Simmons G.F. (2016) Differential equations with applications and historical notes. Springer.
Període d'avaluació
- E1 09/01/2025 P2A03 12:00h