Program & Downloads for Computational Biomechanics

Detailed Schedule Summer 2016 (preliminary)

SW Day Date Topic Lecturer
01 Mo 11 Apr - canceled - -
02 Mo 18 Apr L01: Intro to Biomechanics; Mech 1: Statics Ulli
03 Mo 25 Apr L02: Mech 2: Elastostatics; Mat. Props. Biol. Tissues Ulli
04 Mo 02 May L03: Intro FEA, Intro to Ansys WB, Lab: Trabec. B. 1 Ulli
05 Mo 09 May L04: Geometry from Imaging Data (1/2), Lab: Trabec. B. 2 Frank
06 Mo 16 May - Holiday: Pentecost - -
07 Mo 23 May L05: Geometry from Imaging Data (2/2); Exercise: FE from CT data Frank
08 Mo 30 May L06: Forward & Inverse Dynamics Part 1; ADAMS Exercise Ulli
09 Mo 06 Jun L07: Forward & Inverse Dynamics Part 2; Anybody Demonstration Ulli
10 Mo 13 Jun L08: Bone Remodeling (Biology, Theories & Models) Frank
11 Mo 20 Jun L09: Fracture Healing 1 (Basics & Simulation) Frank
12 Mo 27 Jun L10: Fracture Healing 2: Level-Set Method Martin
13 Mo 04 Jul L11: CFD 1: Theory, Numerics, Modelling Martin
14 Mo 11 Jul L12: CFD 2: Human Nose Air Flow Martin
+1 Mo 25 Jul Oral Examinations, 14:15, Office Simon, UZWR All

Downloads

Lecture 1: Introduction to Biomechanics, Mechanics 1

Lecture Slides: CB-V01-Einf-Mech1-2016.pdf


Lecture 2: Mechanics 2: Material Laws for Biological Tissues

Lecture Slides: CB-V02-Mech2-2016.pdf
Lab: CB-V02-Mech2-2016-Lab.pdf

Lecture 3: Intro FEM, Modelling Trabecular Bone

Lecture Slides: CB-Lec03.pdf
Lab (Trabecular Bone Part 1): CB-Lab03.pdf

Lecture 4: Geometry from Imaging Data - Part I: Imaging Techniques

Lecture Slides (Imaging 1): CB-Lec04.pdf
Lab (Trabecular Bone Part 2): CB-Lab04.pdf


Lecture 5: Geometry from Imaging Data - Part II: Geometry Reconstruction

Lecture Slides (Imaging 2): CB-Lec05.pdf
Lab (Trabecular Bone Part 3): CB-Lab05.pdf (updated 2016-06-08), biospy00

Lecture 6:  Forward vs. Inverse Multi Body Dynamics; Exercise: Walking Simulation in ADAMS

Lecture Slides: CB-Lec06.pdf
Lab: CB-Lab06.pdf, ADAMS-T.pdf, ADAMS-Intro.pdf
Solution Example: WalkingDog.avi

Lecture 7:  Lagrange Eq. 1. Kind; Inverse Dynamics; Anybody

Chapter "Lagrange1" from Lecture Script (Prof. Ottl, TU-BS): Lagrange1.pdf
PhD Thesis Erik Forster (see Secion 2.1 for Inverse Dynamics): ForsterDiss.pdf

Lecture 8: Bone Remodeling - Biology, Theories, Models

Lecture Slides: CB-Lec08.pdf
Lab: CB-Lab08.pdf

Lecture 9: Fracture Healing I

Lecture Slides: CB-Lec09.pdf
Lab: CB-Lab09.pdf, CB-Lab09-sample-sol.mph (sample solution)

Lecture 10: Fracture Healing II

Lecture Slides: CB-Lec10.pdf
Lab: CB-Lab10.pdf

Lecture 11: Computational Fluid Dynamics 1

Lecture Slides: CB-Lec11.pdf
Lab: CB-Lab11.pdf

Proof: TransportTheorem.pdf

Lecture 12: Computational Fluid Dynamics 2

Lecture Slides: CB-Lec12.pdf
Lab: CB-Lab12.pdf

Geometry: Nose_Geometry.pdf

Preparing for the Examination

Hand in Your Exercise Solutions

You may hand in one (or more) nicely prepared and documented solutions of the lab exercises (per email, a week before the examination at least) in order to demonstrate that you have completed your homework and to indicate a "preferable" topic to be discussed in the examination.

Oral Examination

The oral examination will take place in groups of two students for less than one hour.  You should be able to answer questions about the lecture topics and the lab exercises.

Selection of possible exam questions:

  • Welche Fragen werden in der Biomechanik mit Hilfe von numerischen Simulationen untersucht?  Nenne typische Beispiele
  • Wie sind die Elemente des Dehnungstensors definiert?
  • Was sagt mir die Von-Mises-Spannung?
  • Welche Materialeigenschaften hat Knochen?
  • Was ist Relaxation?
  • Du sollst mit einer numerischen Simulation vorhersagen, ob ein Zahnimplantat halten wird.  Wie gehst Du vor?
  • Auf welche Arten wechselwirken Röntgenstrahlen mit Materie?
  • Warum sind Knochen auf Röntgenaufnahmen so gut sichtbar?
  • Wie kann man prinzipell aus den CT-Roh-Scandaten Schichtaufnahmen rekonstruieren?
  • Auf welchem physikalischem Effekt beruht MRT?
  • Was versteht man unter Larmor-Präzession und welche Bedeutung hat diese für MRT?
  • Welche physikalischen Effekte macht man sich für die Sonographie zunutze?
  • Beschreibe zwei beliebige Bild-Segmentierungstechniken!
  • Wie funktioniert Marching Cubes?
  • Wann und wozu braucht man bei einem invers-dynamischen, muskuloskelettalen Modell eine Optimierung?
  • Was steckt anschaulich hinter der Gleichung 2.7 in der Dissertation von Erik Forster?
  • Welche Zellen sind am Knochen-Remodeling wie beteiligt?
  • Auf welchen Skalen kann man das Knochen-Remodeling Problem betrachten und was sind Vor- und Nachteile der einzelnen Herangehensweisen?
  • Wie funktioniert indirekte Frakturheilung?
  • Nenne mögliche Kritikpunkte am "Ulmer Knochenheilungsmodell"!
  • Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Fuzzy und Boole'scher Logik?
  • Beschreiben Sie den Unterschied bei der Formulierung der Knochenheilung zwischen Level-Set und dem ursprünglichen Ulmer Heilungsmodel
  • Welche Schwierigkeiten bekommen man bei Nutzung der Level-Set-Methode bzgl. der Numerik?
  • Was ist der Unterschied zwischen einer Strömung mit und ohne gerechnetem Turbulenzmodell?
  • Typischerweise zeigt Blut eine Viskosität die dem Effekt des "Shear thinning" unterliegt. Was bedeutet dies?