Bws 4 - Biomechanische Konstruktion

Front 1

Definition Biomechanik

Back 1

Die Biomechanik beschreibt und erklärt wissenschaftlich die Belastung und Beanspruchung des Bewegungsapparates und die Ursachen des Bewegungsverhaltens von Organismen.

Front 2

Biomechanische Betrachtungsweisen (5)

Back 2

- Kinematographie

- Dynamographie

- Elektromyographie

- Anthropometrie

- Modelling

Front 3

Kinematographie

Back 3

Die K. ist ein Messinstrument der Biomechanik, mit welchem durch die Aufzeichnung u. Wiedergabe von Bewegungen mit Hilfe von Fotoapparaturen aus den Daten der Zeit-, Winkel- u. Geschwindigkeitsmessung Erkenntnisse über die Veränderung eines Körpers in Raum u. Zeit gewonnen werden kann.

Front 4

Dynamographie

Back 4

... die graphische Darstellung der Kontraktionskraft isolierter Muskel(gruppe)n

Front 5

COM und COP, Invertiertes Pendel

Back 5

Center of Mass:

Der Körperschwerpunkt (KSP, oder Massenmittelpunkt) ist ein fiktiver Punkt in dem die Masse des gesamten Körpers gedacht werden kann und Angriffspunkt der Schwerkraft.

Center of Pressure:

Druckschwerpunkt kann im Verlauf des Druckfortgangs dargestellt, die Abrollrichtung des Fußes (Ganglinie) angeben. In Bezug zur Standfläche kann so die Stand- und Gangstabilität evaluiert werden.

Invertiertes Pendel:

- vertikale Projektion des COM ergibt gebündeltes Zentrum der Kräfte

- Um Stabilität zu erhalten muss der projektierte COP innerhalb der Grenzen der Unterstützungsfläche bleiben

- COP verfolgt (bzw. "umläuft") COM, um ihn in der gewünschten Position zu halten

Front 6

Physiologie Fuß

Back 6

- 28 morphologisch stark differenzierte Knochen

- 33 verschiedene Muskeln

- mehr als 100 Ligamente

Front 7

Was misst eine bipolare Elektrodenkonfiguration?

Back 7

Bildung der Differenz der Potentialschwankungen gegenüber der Referenzelektrode

Front 8

Biologische Strukturen unter Belastung

Back 8

- Free Body Diagramm

- Grundlagen - Materialeigenschaften

- Druck, -Zugspannungen

- Verformungen (elastisch, plastisch, viskoelastisch)

- Energien und Viskoelastizität

- Hystereseeigenschaften

Front 9

Free Body Diagramm

Back 9

Bei einem Freikörperbild oder einer Freistellung werden nur Kräfte, die von außen auf das System einwirken, betrachtet..Beachte außerdem, dass für Systeme, die sich im Zustand der Ruhe oder in einer geradlinigen gleichförmigen Bewegung befinden, das Grundprinzip der Dynamik (Erstes Newtonsches Axiom: Das Trägheitsprinzip) besagt, dass die Summe der von außen auf das System einwirkenden Kräfte Null sein muss.

Front 10

Material Eigenschaften - Grundlagen

Back 10

Load - Last:

Kraft, die an einem Körper angreift (N)

Stress - Spannung/Druck:

Kraft pro Fläche (N/m²)

Strain - Dehnung:

Längenänderung/Ausgangslänge

Front 11

Isotrop?

Back 11

Isotropie bezeichnet die Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung.

Front 12

Anisotrop?

Back 12

Anisotropie bezeichnet die Richtungsabhängigkeit einer Eigenschaft oder eines Vorgangs.

Front 13

Material Strength: Stress vs. Strain Curve (8)

Back 13

Elastic Zone

- the zone where a material will return to its original shape for a given amount of stress

- "toe region" represents straightening of the crimped ligament fibrils

Yield Point

- the transition point between elastic and plastic deformation

Yield Strength

- the amount of stress necessary to produce a specific amount of permanent deformation

Plastic Zone

- the Zone where a material will not return to its original shape for a given amount of stress

Breaking Point

- the object fails and breaks

Ultimate (Tensile) strenght

- defined as the load of failure

Hooke´s law

- when a material is loaded in the elastic zone, the stress is proportional to the strain

Young´s modulus of elasticity

- measure of the stiffness (ability to resist deformation) of a material in the elastic zone

- calculated by measuring the slope of the strain/stress curve in the elastic zone

- a higher modulus of elasticity indicates a stiffer material

Front 14

Mechanical property definitions

Back 14

Elastic deformation

- reversible changes in shape to a material due to load

- material returns to original shape when load is removed

Plastic deformation

- irreversible changes in shape to a material due to a load

- material DOES NOT return in original shape when load is removed

Toughness

- Definition: amount of energy per volume a material can absorb before failure (fracture)

- Calculation: area under the stress/strain curve

- Units: jules per meter cubed, J/m³

Creep

- increased load deformation with time under constant load

Load relaxation

- decrease in applied stress under conditions of constant strain

hysteresis (energy dissipation)

- characteristic of viscoelastic materials where the loading curve does not follow the unloading curve

- the difference between the two curves is the energy that is dissipated

Front 15

Konstruktionsprinzipien

Back 15

Anatomische Grundbegriffe

- Ebenen, Orientierungen

Konstruktionsprinzip - Gelenk: Form & Funktion

- Gelenkmomente, Sesambeine

- Fick´sches Gesetz (Berechnet wird der Diffusionsstrom V, d.h. die Stoff- bzw. Gasmenge, die über eine Austauschfläche A mit der Dicke d ausgetauscht wird.) und Modifikation nach Pauwels

Konstruktionsprinzip - Leichtbau

- Elastomechanik für Nicht-Mechaniker

- Massereduktion im Röhrenknochen

Konstruktionsprinzip - Zuggurtung

Front 16

Gelenktypen

Back 16

Front 17

Formschluss

Back 17

Gelenkkinematik wird durch Form der Gelenkflächen bestimmt. Es besteht also ein wechselseitiger Zusammenhang zwischen Formschluss und Bewegungsamplitude.

Front 18

Fußgelenk (Knochen, Muskeln, Ligamente, Dorsalextension - Plantarflexion, Inversion - Eversion)

Back 18

- 28 Knochen

- 33 Muskeln

- 100 Ligamente

- Dorsalextension und Plantarflexion um OSG

- Inversion und Eversion um USG

Front 19

Kräftegleichgewicht an den Sprunggelenken im Stand, im Zehenstand (Schaubilder, was verändert sich?)

Back 19

Front 20

".... im Zehenstand

Back 20

Front 21

Formschluss und Kraftschluss

Back 21

Front 22

Prinzip der Leichtbauweise erklären

Back 22

(a) Bei zentrischer Druckbelastung haben die Spannungen im Querschnitt überall die gleiche Größe.

(b) Bei Biegebeanspruchung sind die Spannungen ungleichmäßig über den Querschnitt verteilt: Am Rand sind sie am größten.

Infolgedessen wird das Material im Inneren des Querschnitts (in der Nähe der neutralen Faser) weniger zur Widerstandsleistung genutzt.

(c) So kann durch die Röhrenform das Gewicht einer Säule im Vergleich zur massiven Ausführung bei gleicher Bruchsicherheit reduziert werden.

Front 23

Prinzipien der Verformung (Konkavseite)

Back 23

(a) horizontale Linien -> Länge des Hebelarmes der Kraft

(b) Trajektorien umfahren hydrostatischen Punkt (attraktiv singulärer Punkt) -> Maximum des Biegemomentes

Front 24

Prinzipien der Verformung (Konvexseite)

Back 24

Wirklinie der biegenden Kraft liegen auf der Konvexseite der Krümmung

Front 25

Konstruktionsprinzipien

Axiale und nicht-axiale Belastung

Back 25

Front 26

Funktion des Musculus tensor fasciae latae

Back 26

Die Hauptaufgabe des Tensor fasciae latae ist die Aufrechterhaltung der Spannung des Tractus iliotibialis. Da das Femur nicht gerade, sondern verwinkelt zum Becken steht, ist es starken Biegebelastungen ausgesetzt. Gemeinsam mit den Hüftabduktoren wirkt der Tensor fasciae latae dem Druck auf der Gegenseite entgegen und stabilisiert so den Knochen (Zuggurtung).

Front 27

Beschreibe das Prinzip der Zuggurtung

Back 27

Zuggurtung:

Nebendem Knochen wird lateral ein Zügel eingebaut,der die entstehenden Zugkräfte in Druckkräfteumwandelt = Zuggurtungsprinzip. Daher bestehen nun auf beiden Seiten Druckkräfte, dieder Knochen gut aushalten kann.

Front 28

Zeichne unilateral das Konstruktionsprinzip der unteren Extremität

Back 28