Universitat Internacional de Catalunya
Técnicas de Modelización y Simulación
Otras lenguas de impartición: catalán, castellano,
Profesorado
Por favor envíe un correo electrónico para programar una cita.
Presentación
Prof. Behnam Mobaraki bmobaraki@uic.es
Este curso introduce los principios fundamentales de las ecuaciones diferenciales y el Método de Elementos Finitos (FEM). También explora múltiples escenarios prácticos en los ámbitos de la mecánica estructural, transferencia de calor, dinámica de fluidos y circuitos eléctricos, demostrando sus aplicaciones en el campo de la Bioingeniería.
La docencia de la asignatura se realiza en inglés.
Requisitos previos
La asignatura se imparte en inglés, por lo que hay que tener un conocimiento suficiente de este idioma como para poder seguir las explicaciones y asimilar parte del material didáctico proporcionado. La asignatura utiliza técnicas matemáticas que se deben conocer previamente: matriz de rigidez, sistemas de ecuaciones y uso del software de programación MATLAB.
Objetivos
1. Conocer los fundamentos de las ecuaciones diferenciales.
2. Conocer los fenómenos físicos relevantes que influyen en los modelos de Bioingeniería.
3. Introducir los conceptos básicos del método de elementos finitos (FEM).
4. Saber abordar FEM 1D, 2D y 3D.
5. Estudiar la solución de ecuaciones diferenciales utilizando el software COMSOL.
6. Presentar varios métodos para modelar en Bioingeniería y ciencias de la vida con el software COMSOL.
7. Estudiar diversos casos de aplicación práctica.
Competencias/Resultados de aprendizaje de la titulación
- CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
- CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
- CE1 - Resolver los problemas matemáticos que puedan plantearse en el ámbito de la Bioingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre geometría, cálculo integral, métodos numéricos y optimización.
- CE10 - Diseñar estructuras fijas y removibles en las aplicaciones de prótesis y ortoprótesis
- CE16 - Aplicar la terminología propia de la Bioingeniería tanto oral como escrita en una tercera lengua.
- CE2 - Saber aplicar los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica y la biomecánica para la resolución de problemas propios del ámbito de la Bioingeniería
- CE3 - Aplicar a la Bioingeniería los conocimientos fundamentales sobre el uso y programación de los ordenadores, sistemas operativos, bases de datos y programas informáticos.
- CE9 - Aplicar los fundamentos básicos de la elasticidad y resistencia de materiales al comportamiento de sólidos reales.
- CG1 - Desarrollar proyectos en los ámbitos de la Bioingeniería que tengan por objeto la concepción, el diseño y la fabricación de prótesis y ortoprótesis específicas a una patología o necesidad determinada.
- CG10 - Saber trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar
- CG3 - Tener capacidad para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías y ser versátil para la adaptación a nuevas situaciones.
- CT3 - Saber comunicarse de forma oral y escrita con otras personas sobre los resultados del aprendizaje, de la elaboración del pensamiento y de la toma de decisiones; participar en debates sobre temas de la propia especialidad
- CT4 - Ser capaz de trabajar como miembro de un equipo interdisciplinar, ya sea como un miembro más o realizando tareas de dirección, con la finalidad de contribuir a desarrollar proyectos con pragmatismo y sentido de la responsabilidad, asumiendo compromisos teniendo en cuenta los recursos disponibles
Resultados de aprendizaje de la asignatura
El estudiante, después de realizar este curso, deberá:
- Haber adquirido conocimientos suficientes de ecuaciones diferenciales.
- Poseer un conocimiento adecuado del método de los elementos finitos.
- Haber adquirido capacidad para llegar a conclusiones válidas tras realizar análisis y diseño de modelos de Bioingeniería en COMSOL.
Contenidos
1 Introducción
1.1 Principales pasos en la solución del problema de Bioingeniería.
1.2 Física relevante que afecta el comportamiento de los modelos de Bioingeniería.
1.3 Tipos de esfuerzos y deformaciones.
2 ecuaciones diferenciales
2.1 Ecuación Diferencial Ordinaria (ODE).
2.2 Ecuación Diferencial Parcial (PDE).
3 MATLAB
3.1 Resolver ODE y PDE en MATLAB
3.2 Resolución de Modelos de Bioingeniería en MATLAB.
4 Método de elementos finitos (FEM)
4.1 Análisis de elementos finitos 1D
4.2 La teoría de la elasticidad en el análisis 2D (Esfuerzo plano y Deformación plana).
5 COMSOL
5.1 Análisis y diseño 2D de modelos de Bioingeniería.
5.2 Análisis y diseño 3D de modelos de Bioingeniería.
Metodología y actividades formativas
Modalidad totalmente presencial en el aula
Las actividades pueden agruparse en cuatro grandes tipos: sesiones expositivas, sesiones participativas, sesiones prácticas y estudio individual o en grupo.
Sistemas y criterios de evaluación
Modalidad totalmente presencial en el aula
La evaluación constará de los siguientes elementos:
•Assignments: 15% •Class activity: 20% •Midterm Exam: 30% (November 9th, 2023) •Final Project: 35%Para aprobar la asignatura el estudiante deberá aprobar el examen parcial con un mínimo de 5.0 y los trabajos y actividades de clase son todos obligatorios. Además, el plagio, copia o cualquier otra acción que pueda ser considerada trampa será cero en ese apartado de evaluación. Además, el plagio durante los exámenes supondrá el suspenso inmediato de toda la asignatura.
Bibliografía y recursos
- Dokos S (2016) Modelling organs, tissues, cells, and devices using MATLAB and COMSOL multiohysics. Springer.
- Kattan P (2006) MATLAB guide to finite elements, second edition. Springer
- Simmons G.F. (2016) Differential equations with applications and historical notes. Springer.
Periodo de evaluación
- E1 09/01/2024 P2A03 16:00h
- E2 17/06/2024 P2A03 10:00h