ROMANIA

 

Ministerul Educației, Cercetării, Tineretului și Sportului

 

 
 


         

                       

          Universitatea Tehnică de Construcții București

 

 

 

 


PROIECTUL DE CERCETARE ȘTIINȚIFICĂ

propus de doctorandul Școlii Doctorale a UTCB

 

 

 

 


1. Date personale ale doctorandului

1.1. Nume:         

       Vlad

1.2. Prenume:     

Df   Marius

1.3. Data nastere (ZZ/LL/AN):

      10/04/1987

1.4. Anul absolvirii universitatii si al altor

       specializari, dupa caz:

 2010

1.5. Adresa:

      

1.6. Telefon:

      +40766265652

1.8. E-mail:

      mariusv2002@gmai.com

 

2. Date referitoare la programul de studii universitare de doctorat

 2.1. Anul inmatricularii la doctorat:

 2013

 2.2. Numarul de credite obtinut in programul de

        pregatire universitara avansata

 

 2.3. Data prevazuta pentru sustinerea tezei de doctorat (luna / anul):

 Septembrie 2016 

                                           

 2.4. Conducatorul stiintific de doctorat:

 

        2.4.1. Nume:

 Pavel

        2.4.2. Prenume:

Cristian

       2.5.3. Adresa:

 

       2.4.4. Telefon:

 

        2.4.6. E-mail:

      cpcristianpavel@gmail.com

 

 

 

 

 

3. Titlul proiectului de cercetare

 

Analiza comportării dinamice a aparatului locomotor uman sub acțiunea vibrațiilor mecanice.

 

 

4. Cuvinte cheie

11

1 vibrații mecanice

22

 biomecanică

 

33

   aparat locomotor uman

44

   articulație

55

   picior-gleznă

 

30 luni

5. Durata proiectului :

 

 

6. Rezumatul proiectului

 

        Înțelegerea relațiilor mecanice dintre cauză și efect, relații ce apar în timpul mișcării organismelor vii, a preocupat omenirea încă din cele mai vechi timpuri. Aristotel, Leonardo da Vinci, Borelli, Newton, iar mai aproape de noi, din perspectiva spațio – temporală, prof. Rainer, au fost atrași, alături de atâția alții, de studierea mecanismelor mișcării corpului omenesc.

       Modelele biomecanice asociate organismului uman au suferit transformări succesive ce le-au

sporit complexitatea și acuratețea explicării fenomenelor și proceselor care se produc în corpul omenesc.                           

       Astfel, analiza comportării dinamice a aparatului locomotor uman sub acțiunea vibrațiilor mecanice (LOCOVIB) va fi un rezultat din studiu științific ce stabilește priorități și domenii noi de cercetare științifică în abordarea fenomenelor vibrațiilor mecanice asupra unui sistem anatomic, având în vedere faptul că studiul acțiunii vibrațiilor cu amplitudine mică și frecvență înaltă asupra corpului uman în general și asupra sistemului locomotor, este la început.

     Obiectivul general al LOCOVIB îl constituie fundamentarea teoretică a vibrațiilor mecanice bazată pe încercări experimentale și validarea cu ajutorul instrumentației virtuale a unui set de modele destinate studiului comportări dinamice a aparatului locomotor uman.

       În general, studierea din punct de vedere dinamic a unui sistem mecanic aflat sub acțiunea vibraţiilor necesită parcurgerea următoarelor etape :

a) Definirea problemei;

b) Modelarea fizică;

c) Modelarea matematică;

d) Studiul dinamic al modelului matematic;

e) Verificarea corectitudinii modelului.  

       Se va realiza catalogarea informației existente, a stadiului actual al cercetărilor în biomecanică și vibrații mecanice prin achizitionarea și studierea standardelor existente, studierea legislației și studiu multidisciplinar vibrații mecanice - biomecanică. Se va trece la performanțe actuale în modelarea biomecanică a organismului uman sub acțiunea vibrațiilor. Studiului modelelor biomecanice existente și analiza aparatului locomotor uman pentru articulația picior-gleznă sub acțiunea vibrațiilor mecanice.Se dorește determinări experimentale privind articulația picior-gleznă în timpul influenței la vibrații mecanice.

       Rezultatele preconizate ale cercetării: (1) Studii și cercetări pe modele biomecanice adaptate ale organismului uman privind transmiterea vibrațiilor mecanice asupra aparatului locomotor uman; (2) Sistem de achiziție, stocare și prelucrare a datelor din procesele specifice transmiterii vibrațiilor mecanice asupra aparatului locomotor uman; (3) Sistemul informatic de modelare și simulare a transmiterii vibrațiilor mecanice; (4) Metodologia de evaluare a impactului de tip vibrații mecanice asupra aparatului locomotor uman; (5) Studiu de morbiditate în mediu ocupațional în special asupra aparatului locomotor uman; (6) Metodologii de utilizare a vibrațiilor mecanice asupra aparatului locomotor uman atât din punct de vedere nociv cât și benefic; (7) Materiale publicitare și articole știintifice   

        Din cauza absenței unei definiri evidente a efectelor vibrațiilor asupra organismului uman și în special asupra aparatului locomotor uman, este necesară elaborarea unor indicații cantitative privind efectele vibrațiilor asupra sănătății aparatului locomotor uman.


ANEXA 1

7. Proiectul de cercetare științifică

 

 

 

 

          În domeniul influenței vibrațiilor asupra sistemelor vii în general și asupra organismului uman în particular, cercetările au urmărit reducerea riscurilor cât mai mult posibil.

 

Analiza comportării dinamice a aparatului locomotor uman sub acțiunea vibrațiilor mecanice (LOCOVIB) dorește studierea amănunțită a vibrațiilor asupra sistemului osos a aparatului locomotor uman, în particular asupara articulației picior gleznă.

 

Astfel LOCOVIB va fi un rezultat din studiu științific ce stabilește priorități și domenii noi de cercetare științifică în abordarea fenomenelor vibrațiilor mecanice, având în vedere faptul că studiul acțiunii vibrațiilor cu amplitudine mică și frecvență înaltă asupra corpului uman în general și asupra sistemului locomotor, este la început.

 

Oportunitatea acestui proiect de cercetare știinșifică propus este dată atât de evidenţierea unor aspecte insuficient abordate în cadrul domeniului multidisciplinar (biomecanică, mecanică), de analiza comportării dinamice a aparatului locomotor uman sub acțiunea vibrațiilor mecanice, cât şi de utilitatea abordărilor teoretice şi practice propuse în cadrul proiectului de cercetare științifică.

 

         Începând de la ipotezele mecanicii clasice, biomecanica (din limba greacă: ”bios”=viață,

”mehane”=mașină) este ștința care studiază organismele vii în general și organismul uman în particular sub acțiunea forțelor mecanice externe și interne. O altă definiție, cu care sunt de acord majoritatea oamenilor de știință, aparține lui Gowaerts și este prezentată în [1]. Acesta consideră că ”biomecanica este știința care se ocupă cu studierea efectelor pe care forțele mecanice le au asupra structurii funcționalea omului”.[1]

         Se ştie că primele relatări serioase despre ceea ce se consideră azi că este biomecanică le-a facut Aristotel (384 -322 i. de Hr.), în tratatele sale despre părţile animalelor şi mişcările lor.

         Descrierea acţiunii unor muşchi, utilizând schiţe geometrice, este uimitor de exactă.

   Extrem de cunoscut pentru principiile sale din hidrostatică, Arhimede (287-212 i. de Hr.) este şi autorul unor studii despre mişcările înotătorului, studii care se referă la o noţiune ce poate fi tradusă prin "centrul de gravitaţie" al corpului uman, având un înțeles foarte asemănător cu cel din zilele noastre.

          Probabil că nu surprinde pe nimeni că genialul artist al Renaşterii, Leonardo da Vinci (1452-1519), a abordat în studiile sale, pe lângă atâtea subiecte din artă, tehnică şi inventică, şi mişcările corpului uman. El descrie anatomo-funcțional sinergismul unor muşchi, notând cu litere (pe vremea aceea puţini muschi aveau o denumire) fiecare mușchi care participa la mers, sărituri, și ridicare din şezând etc. Probabil că, încercând să îmbunătaţească randamentul mişcărilor umane, Leonardo da Vinci imaginează legături cu corzi în zonele de inserţie şi de origine a unor mușchi. Schiţele sale cu mecanisme de propulsie cu forţa umană sunt celebre, atât ca expresie grafică, cât şi ca dovadă a intuiţiei geniale şi a întelegerii principiilor mecanicii în acea vreme. Unele dispozitive de dezvoltare a calităţilor motrice din zilele noastre se aseamănă uimitor de mult cu schiţele lui.

         

Figura.1 ”Omul Vitruvian” Model al omului. Leonardo da Vinci (1452-1519)

http://en.wikipedia.org/wiki/Vitruvian_Man;

 

 

                Toate studiile remarcabile de biomecanica consideră că tratatul "De motu animalium" al lui Alfonso Borelli (1608-1679) este o lucrare de referinţă. Borelli a demonstrat că oasele şi segmentele corporale sunt, de fapt, nişte pârghii acţionate de muşchi, conform unor principii mecanice(Fig.2).

File:Giovanni Borelli - lim joints (De Motu Animalium).jpg

Figura.2 Prima carte de biomecanică

”De Motu Animalium”

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Giovanni_Borelli_-_lim_joints_(De_Motu_Animalium).jpg

 

          Se cuvine să amintim şi lucrarea lui Nicolas Andry (1658-1742), care numeşte şi defineşte, în chiar titlul sau, Orthopedia că "arta de prevenire şi corectare a deformaţiilor corpului copilului"...

         Oricât de scurt ar fi un istoric al biomecanicii, contribuţia lui Isaac Newton (1642-1727) nu poate fi omisă; puţini fizicieni stiu, însă, că celebrele sale legi au fost ilustrate de chiar autorul lor şi prin analogie cu aruncarea discului, în afara exemplificărilor îndeobşte cunoscute. ”Pe fundațiile impresionante realizate de Galilei, Newton a ridicat o catedrală de o măreție superbă, dând cele trei legi care guvernează comportarea obiectelor materiale”[10]. Mecanica teoretică se bazează pe cele trei principii fundamentale, considerate a fi postulatele mecanicii clasice;

    E. Muybridge (1831-1904) – este primul care reușește să capteze mișcarea, realizând primele

fotografii în serie ale mișcării unui cal de curse (Fig. 3);

Fișier:The Horse in Motion.jpg

Figura 3 – ”Calul în mișcare”

http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:The_Horse_in_Motion.jpg

 

C. W. Braune (1831-1892) – experimentele și concluziile acestuia asupra mișcării și mersului sunt

valabile și astăzi;

Julius Wolff (1836-1902) – a formulat ”Legea lui Wolff” care descrie relația dintre influența mecanică și geometria oaselor. El considera că modificarea structurii interne și conformației omului este rezultatul schimbării de formă și funcție a oaselor, în corespondență cu legile matematicii

Wilhelm Roux (1850-1924) – este autorul noțiunii de mecanostructură, cercetând mecanismele oaselor, cartilagiilor și tendoanelor (inspirat fiind și de lucrările inginerului Carl Culmann);[9]

        O altă lucrare care, după parerea noastră, nu trebuie omisă, este Kinesiologia lui Arthur Steindler (1878-1959), în care autorul a sistematizat pentru prima oară metodele şi mijloacele de studiu ale mişcării.

        În ultimele decenii biomecanica s-a dezvoltat şi extins datorită creşterii interesului pentru sportul de performanță, pentru soluţii ale reabilitării şi ameliorării în cazurile de patologie congenitală, ale refacerii post-traumatice, ortopedie etc., precum şi pentru copierea tehnică a unor mecanisme şi efecte din bios.

        Studiul biomecanicii a devenit din ce în ce mai organizat şi cooperant cu alte discipline. Au apărut organisme şi societăţi internaţionale, ca, de exemplu, Societatea Internaţională de Biomecanică (ISB), fondată în 1973 la Pennsilvanya USA, Societatea Internaţională de Biomecanică a Sportului, Societatea Europeană de Biomecanică şi altele. În scurt timp, prin sinergizarea internaţională a preocupărilor şi prin interdiscipinaritate, aceste societăţi au câştigat

un prestigiu de necontestat. S-au creat, astfel, facilităţi de schimburi de informaţii de specialitate prin publicaţii periodice, într-un climat cooperant şi concurenţial, ca de pildă: Journal of Biomechanics, the Journal of Applied Biomechanics, Clinical Biomechanics and the Journal of Electromyography and Kinesiology etc. Alte oportunităţi de promovare a biomecanicii, de confruntare ştiinţifică le-au constituit congresele şi simpozioanele anuale ale societăţilor respective. De exemplu, calendarul manifestărilor ştiinţifice anuale de biomecanică este impresionant de bogat şi poate fi elocvent pentru imensul interes al specialiştilor în aflarea noutăţilor ştiinţifice producătoare de instalaţii aplicative şi aparatură de cercetare în biomecanică.

         Diversificarea şi reunificarea sunt tendinţe istorice fireşti ale oricărei discipline ştiinţifice, şi nu ar trebui să ne mire apariţia unor biomecanici “noi”, ca, de exemplu, a genunchiului, a umărului, etc.

         Importantă, (sublinez) este tendința biomecanicii contemporane, aceea de identificare a propriei personalităţi, de încercare a statutului de ştiinţă de sine stătătoare, cu principii, legi şi reguli proprii.[3]

          Orientările proiectului de cercetare științifică propus sunt din perspectiva vibrațiilor mecanice. Posibilitatea apariției vibrațiilor în timpul funcționării oricăror mașini și utilaje a determinat studierea detaliată și sub toate aspectele a fenomenelor vibratorii. Anumiți factori perturbatori pot acționa asupra structurilor și elementelor elastice ce intră în alcătuirea mașinilor, favorizând astfel aparția vibrațiilor.[5]

          Astfel cunoașterea și utilizarea noțiunilor de vibrații mecanice au devenit necesități funadamentale pentru o largă serie de specialiști: fizicieni, ingineri, arhitecți etc. De la geofizicieni la constructori și până la medici a crescut interesul pentru această disciplină.

          De cele mai multe ori „vibrații” sunt denumite mișcările nedorite care produc zgomote sau solicitări mecanice relativ mari. În cazul prezentat interesează în special efectul vibrațiilor asupra aparatului locomotor uman, pentru studiul (aparatului locomotor) în particular articulației picior-gleznă sub acțiunea vibrațiilor. Modelarea fenomenelor vibratorii implică definirea structurii și parametrilor corpului în vibrație, a funcțiilor care descriu excitația și a nivelelor răspunsului dinamic.[8]

         Vibrațiile influențează negativ atât parametrii tehnico-funcționali ai mașinii cât și personalul deservent al acesteia.

         Specialiștii clasifică metodele de combatere a vibrațiilor în trei mari categorii: a) eliminarea cauzelor generatoare de vibrații chiar de la sursa producătoare; b) izolarea surselor de vibrații sau izolarea subansamblelor afectate; c) utilizarea absorbitorilor dinamici de vibrații. Orice măsură tehnică de izolare antivibratilă urmărește simultan încadrarea în valorile optime ale parametrilor ergonomici la postul de lucru al operatorului, precum și menținerea constantă a parametrilor de siguranță în funcționare ai mașinii.

          Totuși, există mașini și instalații care produc în mod voit vibrații în vederea realizării scopului tehnologic. În aceste situații vibrațiile produc lucru mecanic util, organul de lucru al mașinilor respective realizând execuția proceselor tehnologice pentru care au fost proiectate, funcționând în regim vibrant.

           Unul din domeniile de activitate tehnică în care se întâlnesc ambele aspecte ale influenței vibrațiilor (nociv și util) este cel al echipamentelor industriale.

  În cazul instalațiilor industriale la care vibrațiile sunt folosite pentru producerea de lucru mecanic util s-au obținut până în prezent numeroase realizări, existând atât utilaje de mare putere cât și mașini și instalații de puteri și dimensiuni mici care efectuează sarcinile pentru care au fost proiectate. Din punct de vedere al principului de funcționare și al modului de realizare a tehnologiei de lucru, echipamentele industriale se grupează în două mari categorii: a) utilaje care nu folosesc vibrațiile în procesul de lucru;b) utilaje cu acțiune vibrantă.[5]

Rezultatele măsurărilor de vibrații se interpretează prin prisma nocivității lor. Peste anumite limite, ele sunt dăunătoare oamenilor, pot produce degradări ale clădirilor sau pot deranja buna funcționare a mașinilor. Numeroasele studii făcute în acest scop au drept subiect omul, clădirile, mașinile. Dintre toate acestea, omul este cel mai sensibil la perceperea vibrațiilor.

Depăşirea nivelului admis al vibraţiilor ca intensitate şi durată de expunere provoacă perturbări organice cu efect fiziologic şi psihosenzorial. Vibraţiile se caracterizează prin frecvenţă, amplitudine şi acceleraţie. Relaţia dintre amplitudine şi frecvenţă cu efecte de percepţie a omului a dus la stabilirea curbelor din Fig.4. Acţiunea prelungită a vibraţiilor asupra omului duce la manifestări prin greaţă, inapetenţă, vărsături, cefalee modificări de puls, boală de vibraţii.

Figura 4  Efecte de percepţie

Vibraţiile nocive sunt clasificate funcţie de amplitudine şi frecvenţă astfel:

  • la vibraţiile cu frecvenţa mai mare de 15 Hz şi amplitudini până la 0,02 mm influenţa determinantă o are şi viteza vibraţiilor;
  • la vibraţiile cu amplitudini mari şi frecvenţe mici un rol hotărâtor îl are acceleraţia vibraţiilor.

Percepţia vibraţiilor după frecvenţă duce la folosirea următoarei clasificări:

a.              vibraţii sub 15 Hz specifice vehiculelor, automobile 1,5 ÷2 Hz, camioane 2÷4 Hz,    tren 3÷8Hz. La expunere prelungită pot apărea dureri paravertebrale, tulburări ale aparatului digestiv şi urinar;

b.             vibraţii cu frecvenţe cuprinse între 15 şi 40 Hz cu amplitudini mari (ciocane de spart, echipamente de încărcare - descărcare rapide). Leziunile specifice sunt de ordin osteoarticular, tendoane și musculatură.

c.              vibraţii cu frecvenţe cuprinse între 40÷300Hz, la utilajele siderurgice, miniere şi   metalurgice. Apar senzaţii de arsuri la nivelul membrelor, scade sensibilitatea degetelor.

d.             vibraţii cu frecvenţe de peste 300Hz, specifice la unele maşini unelte cum ar fi la rectificare, frezare, lepuire, polizoare. Pot apare tulburări trofice şi senzitive ale mâinilor.

Atât la utilajele autopropulsate, cât şi la cele staţionare, vibraţiile transmise postului de lucru al mecanismului sunt percepute de organism şi, în mod deosebit, de acele părţi ale corpului ce se află în contact nemijlocit cu elementele utilajului care sunt în mişcare vibratorie.

Vibraţiile mecanice care se transmit asupra omului au o acţiune nocivă complexă, afectându-i sănătatea prin efectele fiziopatologice şi stânjenind (îngreunând) desfăşurarea procesului muncii până la pierderea capacităţii de muncă. Cele mai importante efecte produse de acţiunea vibraţiilor sunt de natură fiziologică, mecanică şi termică, preponderente fiind ultimele două.

   Cerinţele normative pentru limitarea vibraţiilor transmise corpului uman în conformitate cu Normele Generale de Protecția Muncii din 2002, limitele maxime admise pentru vibraţiile cu acţiune generală transmise întregului corp (vezi Fig.5) prin intermediul suprafeţei de sprijin se împart în două categorii:

         I.            pentru locuri de muncă obişnuite cu solicitare neuropsihică şi psihosenzorială normală a atenţiei, limitele maxime sunt date în figurile 6 și 7 ;

      II.            pentru locuri de muncă cu solicitare neuropsihică şi psihosenzorială crescută,limitele maxime sunt date în figurile 8. şi 9.

Figura. 5. Direcţiile de acţionare ale vibraţiilor mecanice asupra corpului omenesc

 

 

Figura 6 .Limitele maxime pentru vibraţiile pe axa () cu acţiune generală pentru locuri de muncă obişnuite, care necesită o solicitare neuropsihică şi psihosenzorială normală

 

Figura 7. Limitele maxime admise pentru vibraţiile pe axa X şi Y () cu acţiune generală pentru locuri de muncă obişnuite, care necesită o solicitare neuropsihică şi psihosenzorială normală

 

 

 

Figura 8. Limitele maxime pentru vibraţiile pe axa Z ()pentru locuri de muncă care necesită o solicitare neuropsihică şi psihosenzorială crescută

 

Figura 9. Limitele maxime admise pentru vibraţiile pe axa X şi axa Y () pentru locuri de muncă care necesită o solicitare neuropsihică şi psihosenzorială crescută

 

Atât performanţa maşinii, cât şi sănătatea operatorului sunt afectate de eficienţa sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor şi de reglarea corectă dintre proprietăţile dinamice ale sistemului şi caracteristicile dinamiee ale operatorului. Analiza proprietăţilor dinamice ale modelelor biomecanice permite formularea unor cerinţe specifice pentru sistemele de protecţie a operatorului împotriva vibraţiilor, şi anume:

ü  necesilatea de a lua în considerare caracteristicile dinamice ale corpului uman la sintetizarea unei structuri şi specificarea parametrilor sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor;

ü  eficienţa sistemului de izolare a vibraţiilor în domeniul de frecvenţe  prescris;

ü  invarianţa sensibilităţii sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor la modificarea proprietăţilor dinamice ale sistemului biologic, precum şi la modificarea poziţiei de lucru, a gradului de oboseală;

ü  invarianţa eficienţei sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor la dispersia datelor antropometrice ale subiecţilor umani.[7]

      Mai multe studii au publicat nivele ale vibraţiilor pentru diferite vehicule folosite în construcţii, agricultură şi industrie. Valorile vibraţiilor au fost măsurate pe diferite tipuri de sol, cu vehicule din diferiţi ani de fabricaţie, etc (Hulshof, Zanten, 1997). Vibraţiile de joasă frecvenţă (1-20Hz) provoacă lombagii, lombosciatice, hernii de disc, boli care pot să apară după un anumit timp de expunere la vibraţii. Vibraţiile de foarte joasă frecvenţă (sub 1Hz), ca urmare a acţiunii variaţiilor de acceleraţie asupra labirintului urechii interne, produc dezechilibrări şi senzaţii de vomă (răul de mare, de autovehicul, de avion, etc.). Vibraţiile care acţionează asupra omului pot produce: jenarea activităţii fizice şi intelectuale, deteriorări mecanice, fenomene subiective.[4]

    Vibraţiile la frecvenţe mai mici de 1Hz apar la mai multe tipuri de maşini de transport şi produc efecte, de exemplu cinetoză (rău de transport), care au caracteristici complet diferite de cele produse la frecvenţe mai înalte. Aceste efecte nu pot fi uşor corelate cu cei trei parametrii ai mişcării: intensitatea, durata şi frecvenţa, aşa cum a fost posibil în intervalul 1÷80Hz. În plus, reacţiile omului la vibraţii sub 1Hz sunt extrem de variabile şi par să depindă de un număr mare de factori externi care nu au nici o legătură cu mişcarea, de exemplu vârsta, sexul, imagini, activitate, mirosuri (Kittusamy şi Buchholz, 2004).[4]

     Nivelele de vibraţii întâlnite la multe echipamente electrice de uz comun (bormaşini, polizoare, rotopercutoare, ferăstraie electrice, utilizate foarte mult în minerit, construcţii, industrie) sunt suficient de mari pentru a duce la apariţia leziunilor în cazul folosirii lor timp îndelungat, de tipul programului de lucru. Vibraţiile pot fi transmise corpului de la un echipament vibrator manual printr-un braţ sau ambele braţe simultan, producând disconfort la nivelele inferioare şi reducând eficienţa muncii. La nivelele superioare şi după o perioadă mai mare de expunere apar boli ce afectează vasele de sânge, articulaţiile şi circulaţia sanguină. Expunerea prelungită duce la agravarea bolilor de circulaţie în acea parte a corpului care este expusă celor mai mari nivele ale vibraţiilor, de obicei degetele sau mâna.[4]

     În general, studiul fenomenelor vibratorii are ca scop final determinarea pulsațiilor proprii și

amplitudinea vibrațiilor (deplasări, viteze, accelerații). Acest lucru este necesar din două motive:

- dacă se cunosc pulsațiile proprii, atunci se poate identifica fenomenul de rezonanță (acest fenomen se produce atunci când pulsația de excitație coincide cu pulsația proprie a sistemului oscilant sau cu una dintre subarmonicele sale);

- dacă se determină amplitudinea vibrațiilor, se poate stabili dacă fenomenele vibratorii sunt

dăunătoare sistemului oscilant sau mediului înconjurător.[9]

     Acțiunea vibrațiilor mecanice asupra organismului uman poate fi apreciată în mod corect numai dacă se ține seama simultan de doi dintre parametrii mecanici care caracterizează mișcarea:

- frecvența;

- amplitudinea, accelerația sau energia vibrațiilor.

 

    Cu studiul mişcării însă se ocupă şi alte discipline ştiinţifice, dar care, fiind vizibil diferite, nu se pot confunda cu biomecanica. Ele au obiect de studiu comun cu biomecanica (mişcarea), dar puncte de vedere, scopuri şi mijloace diferite. Prin sistematizarea făcută de Gagea A. (2002) le enumerăm:

Kinantropologia, ramură a antropologiei, care studiază mişcarea ca efect al tuturor funcţiilor biologice implicate. În acest caz mişcarea este extinsă şi la grupuri sau mulţimi, primind un caracter social.

Kinetoterapia, în care mişcarea este privită şi utilizată ca principal mijloc de recuperare, reabilitare sau refacere după traumatisme, afecţiuni locomotorii etc.

Kinetoprofilaxia, în care mişcarea este studiată şi utilizată ca mijloc

profilactic.

Kineziologia, ştiinţă care priveşte mişcarea ca fenomen şi are rol mai mult

didactic decât practic.

Ergonomia (de la ergon – muncă şi nomos – legi), în care mişcarea este studiată prin prisma eficienţei sale profesionale (randamentul muncii fizice).

Ergofiziologia, în care mişcarea este studiată ca mecanism fiziologic ce are la bază procesele biochimice.

Ergometria, în care mişcarea este măsurată şi standardizată după criteriul eficienţei muncii fizice.

Biofizica, în care mişcarea este studiată ca particularitate a bios-ului, cauzele ei fiind extinse în biochimie şi bioenergetică.

Biocinetica, în care sunt studiate fenomenele generate de mişcarea din bios.

Bionica, în care, pe lângă alte fenomene, este studiată mişcarea senzorială din bios (în special locomoţia subspeciilor umane evoluate), cu scopul de copiere în domeniul tehnicii.

Robotica, în care mişcarea din bios este studiată cu scopul înlocuirii sau automatizării ei prin dispozitive tehnice.

Anatomia funcţională, în care mişcarea este studiată din punct de vedere structural şi cinematic.

Anatomia descriptivă, în care mişcarea este studiată din punct de vedere structural şi geometric.

Ortopedia, în special partea ei de mecanică a protezelor şi a biomaterialelor, studiază mişcarea pentru a imita sau substitui mişcarea normală în cazul deficienţelor, disfuncţiilor sau amputărilor.

Mecanica aplicată la bios (în sport, cosmonautică etc.), în care mişcarea este studiată ca efect, în principal, al forţelor externe.

Cinematica aplicată la bios, ca parte a fizicii, studiază traiectoriile şi vitezele mişcării, fără să ţină seama de cauzele ei, adică de forţele care o generează.[6]

   Comparaţie între mărimile de bază ale mecanicii şi cele ale biomecanicii A. Mărimi nereductibile (ce nu pot fi reduse, simplificate şi nu sunt specifice biomecanicii)

timpul fizic – o mărime fizică continuu crescătoare. Biomecanica lucrează numai cu durata (t). Ea reprezintă diferenţa dintre două momente din scurgerea continuă a timpului. Totdeauna are valoare pozitivă. Se măsoară în secunde.

spaţiul fizic – în biomecanică este noţiunea de poziţie. Ea se raportează la coordonatele x, y, z, faţă de un sistem de referinţă prestabilit. Diferenţa dintre două poziţii este o lungime sau spaţiu (S) propriu-zis. Succesiunea de spaţii reprezintă o traiectorie, iar cel mai scurt spaţiu dintre două poziţii este o distanţă.

masa – corpurile materiale au un volum şi o densitate a materiei ce ocupă volumul respectiv. Se notează cu M.

forţa – reprezintă produsul dintre masa unui corp şi acceleraţia gravitaţională (g = 9, 81 m / s). În biomecanică se mai numeşte şi greutate. Ca orice mărime vectorială are un punct de aplicaţie, o direcţie, un sens şi o mărime.

B. Mărimi reductibile (ce se pot reduce)

deplasarea (d), ca formă practică a mişcării şi ca expresie a schimbării de poziţie a unui corp sau segment corporal. Ea reprezintă o viziune aparte a mişcării care îmbină principala caracteristică a biologiei speciilor evoluate, contracţia musculară, cu principala caracteristică a mecanicii terestre, spaţiu.

viteza (v) mişcării, ca raportul între traiectoria sau distanţa deplasării (d) şi durata acesteia.

lucru mecanic – travaliul efectuat pentru deplasarea unei greutăţi pe 100m. Se exprimă în jouli (J).

 

 L = k ∙ G ∙ S     

 

 unde k este coeficient de proporţionalitate ce include în valoarea lui şi rezistenţa aerului în care se deplasează individul.

puterea (P) – produsul dintre forţă şi viteză. Se măsoară în Watt

P = k ∙G ∙ v

energia – puterea eliberată pe unitate de timp

E = k∙ F∙v∙t

      În concluzie, mişcarea biomecanică este o deplasare observabilă (de o anumită durată) dintr-o poziţie în alta a unei greutăţi (corp sau segment corporal). Deci mişcarea utilizează noţiuni concrete, are o durată (nu este instantanee), se referă la un corp real având volum şi densitate (nu ipotetic), aflat în spaţiul euclidian gravitaţional. În biomecanică se poate vorbi de mişcări ce se pot clasifica după mai multe criterii. Unele sunt împrumutate din mecanică (mişcarea de translaţie, de rotaţie şi cea combinată – elicoidală), altele sunt preluate din anatomia descriptivă (mişcările

de flexie, extensie, abducţie, adducţie şi cele referitoare la planurile convenţionale – sagital, frontal sau transversal).

    În funcţie de sensul de acţiune al contracţiei musculare, mişcările în biomecanică pot fi mişcări concentrice sau excentrice şi mişcări simple sau complexe.[6]

   Mecanismele activităţii neuromusculare pentru asigurarea posturală şi a mişcărilor sunt foarte complexe din cauză că articulaţiile corpului formează cupluri şi lanţuri cinematice care permit mai multe grade de libertate.

   Cuplul cinematic este format din două segmente osoase articulate mobil, de ex.: braţul şi antebraţul, coapsa şi gamba, gamba şi piciorul. Mişcările lor sunt în general mişcări de rotaţie.

    Lanţul cinematic se constituie dintr-o înşiruire de mai multe segmente articulate mobil, capabile să execute numeroase mişcări, fie proprii fiecărui cuplu cinematic în parte, fie mai multor cupluri care intră în compunerea lanţului cinematic. Deosebim două feluri de lanţuri cinematice: deschise şi închise.

PARTICULARITĂŢI BIOMECANICE ALE APARATULUI LOCOMOTOR UMAN

    Aparatul locomotor al omului este în aşa fel alcătuit, încât se realizează o îmbinare armonioasă între principiul economiei de forţă şi cel al economiei de deplasare. În general, pentru menţinerea echilibrului în poziţiile statice sunt utilizate pârghii care economisesc forţa, iar pentru efectuarea mişcărilor se folosesc pârghii de gradul III cu care se obţine o economie de deplasare (de scurtare musculară).

    Aparatul locomotor este format din: oase, articulaţii şi muşchi.

   Oasele sunt considerate pârghii dure şi rezistente cu rol în:

Ř  menţinerea formei corpului;

Ř  efectuarea mişcărilor.

   Oasele sunt alcătuite din ţesut conjunctiv impregnat cu săruri de calciu. Ţesutul osos are o structură adecvată funcţiilor: de a rezista la solicitările de presiune, încovoiere, întindere, răsucire. Aceste proprietăţi mecanice depind de vârstă, compoziţie chimică, alimentaţie, natura solicitării fizice etc.

Sub influenţa exerciţiilor fizice, structura oaselor se modifică concomitent cu creşterea rezistenţei la factorii mecanici, ex.: modificările apărute la oasele piciorului de bătaie la săritori şi fotbalişti.

    Articulaţiile realizează legătura mecanică dintre pârghiile osoase.

    Majoritatea articulaţiilor sunt mobile, permiţând mişcări în diferite direcţii:

mişcări de rotaţie sau mişcări de alunecare (de translaţie).[6]

 

ARTICULAŢIILE GLEZNEI ŞI ALE PICIORULUI

   Aceste două elemente alcătuiesc un tot funcţional, situaţie asemănătoare cu cea întâlnită la gâtul mâinii şi mână. Piciorul reprezintă, după coapsă şi gambă, a treia pârghie principală a membrului inferior. El este elementul de legătură dintre corp şi sol, cu o structură adecvată acestor funcţii.

  

   Piciorul, în structura sa complexă, este format din 26 de oase scurte, legate între ele prin ligamente relativ scurte, dar foarte puternice, cu 32 de articulaţii, cu inserţii a 11 muşchi ai gambei şi a 20 proprii piciorului. Scheletul piciorului este format din 7 oase tarsiene, 5 metatarsiene şi 14 falange.

 

Oasele tarsiene (Fig.10) sunt:

astragalul situat între pensa bimaleolară şi calcaneu

calcaneul situat sub astragal, cel mai voluminos os al tarsului, pe faţa lui posterioară se inseră tendonul lui Achile

cuboidul situat înaintea calcaneului, între acesta şi bazele ultimelor două metatarsiene.

scafoidul situat medial faţă de cuboid. Se articulează posterior cu capul astragalului şi anterior cu feţele posterioare ale celor trei cuneiforme

cuneiformele, în număr de trei, au forma unor colţuri, introduse între scafoid, cuboid şi bazele ultimelor patru metatarsiene.

 

Oasele metatarsiene sunt oase lungi care prezintă o extremitate proximală (bază), un corp şi o extremitate distală (cap).

Falangele reprezintă scheletul degetelor piciorului, au şi ele o extremitate proximală (bază), un corp şi o extremitate distală (cap). Fiecare deget are trei falange cu excepţia halucelui care are numai două.

Figura 10. Oasele piciorului

*Atlas de anatomie umană – Volumul I, Dr.C.Cerbulescu, Editura științifică și enciclopedică, București 1983

 

 

Articulaţiile gleznei și piciorului sunt numeroase, (Figura 11) se pot grupa astfel:

Articulaţia gleznei este o articulaţie trohlee     (trohleană).

a) suprafeţele articulare sunt: pensa tibio-peronieră şi faţa superioară şi feţele articulare ale astragalului (faţa inferioară a extremităţii inferioare a tibiei şi faţa externă a maleolei tibiale; suprafaţa externă a maleolei tibiale = interne = este plană şi intră în contact cu faţa internă a astragalului).

b) capsula este fibroasă şi întărită lateral de un ligament intern şi unul extern.

c) sinoviala căptuşeşte interiorul capsulei şi formează funduri de sac.

 

Articulaţia astragalo-calcaneană este articulaţia dintre faţa inferioară a astragalului şi faţa superioară a calcaneului. Suprafeţele sunt menţinute în contact de trei ligamente (interosos, extern şi posterior).

 

Articulaţia medio-tarsiană uneşte cele două oase ale tarsului posterior (astragalul şi calcaneul) cu primele oase ale tarsului anterior (scafoidul şi cuboidul).

 

Articulaţiile intertarsiene ale celor 5 oase ale tarsului anterior sunt între: scafoid şi cuboid, între scafoid şi cele trei oase cuneiforme, între cele trei oase cuneiforme între ele, între cuboid şi al treilea cuneiform, toate articulaţiile fiind artrodii.

 

Articulaţia tarso-metatarsiană uneşte cuboidul şi cele trei oase cuneiforme

cu baza celor cinci metatarsiene. Toate articulaţiile sunt artrodii şi prezintă o serie

de ligamente interosoase, dorsale şi plantare.

 

Articulaţiile intermetatarsiene sunt între ultimele 4 metatarsiene care se unesc prin bazele lor (trei artrodii), iar la capetelor lor au o bamdeletă fibroasă transversală (ligamentul transvers al metatarsului).

Articulaţiile metatarso-falangiene sunt articulaţii condiliene, realizate de capul rotunjit al metatarsienelor şi de baza falangelor proximale, care prezintă câte o cavitate glenoidă, mărită în jos şi înapoi de un fibrocartilaj. Extremităţile osoase sunt legate de o capsulă întărită de câte două ligamente laterale.

Articulaţiile interfalangiene sunt articulaţii trohleene. În linii mari, dispoziţia segmentelor osoase şi a articulaţiilor respectă structura mâinii, cu deosebirea că halucele nu dispune de aceeaşi mobilitate şi nu poate executa mişcarea de opoziţie.

Aponevroza plantară

   Întreaga structură arhitectonică a piciorului este susţinută de două formaţiuni fibroase complexe situate în plante (aponevroze). Ele sunt: una superficială şi alta profundă. Cea mai importantă fiind cea superficială. Are o formă triunghiulară, cu vârful spre calcaneu şi baza spre degete, este foarte rezistentă şi contribuie la menţinerea bolţii plantare în ortostatism.

 

Fig 11. Articulațiile piciorului (secțiune)

*Atlas de anatomie umană – Volumul I, Dr.C.Cerbulescu, Editura științifică și enciclopedică, București 1983

 

      Din cauza complexității deosebite pe care o are organismul uman, modelarea biomecanică a

proceselor ce se desfășoară în interiorul acestuia este o sarcină dificilă, iar principiile și regulile riguroase de inginerie mecanică se aplică și în acest caz.

      Astfel, putem studia condițiile de echilibru sub acțiunea forțelor aplicate, făcând abstracție de mișcare. În acest caz modelul este static. Dacă se urmărește numai aspectul geometric al mișcării, fără a ține cont de mase și de forțe, atunci modelul este cinematic (intervin numai noțiunile de spațiu și timp). În sfârșit, într-un model dinamic vor interveni toate noțiunile fundamentale: spațiul, timpul și masa. În oricare din aceste situații se pot scrie legile de mișcare ale elementelor componente.

     Un alt aspect ar fi geometria modelului, plană sau spațială, la scară reală sau la diferite alte scări, în funcție de scopul urmărit. Natura materialului din care este realizat modelul, legăturile (restricțiile de ordin geometric) și sarcinile aplicate trebuie să corespundă într-o măsură cât mai mare realității.[9]

     Dacă prima imagine computerizată a omului a fost generată de tehnicianul de la Boeing, William Fetter în anul 1960, primul model biomecanic al corpului uman, utilizat în scopul de a determina impedanța și funcția de răspuns în frecvență pe direcția verticală, a fost realizat de Dieckmann în anul 1957, pe baza unui model Kelvin-Voigt. Acest model era extrem de simplificat, având un singur grad de libertate (Figura 12).

Figura 12 - Modelul lui Dieckmann (1957)

 

      În anul 1982, Rasmussen dezvoltă o hartă a sistemului mecanic echivalent al organismului uman, cu frecvențele proprii ale diferitelor organe interne (Figura 13).

   Rasmussen a observat că vibrațiile au o influență notabilă asupra organismului uman, pe direcția

verticală în intervalul 4 – 8 Hz, iar pe direcțiile transversale (Ox și Oy) în plaja de valori 1 – 2 Hz. Astfel, frecvențele cuprinse între 2,5 – 5 Hz provoacă fenomenul de rezonanță la nivelul gâtului și zonei lombare, cele cuprinse între 4 – 6 Hz au ca efect producerea aceluiași fenomen la nivelul trunchiului, iar între 20 – 30 Hz este afectată zona capului, gâtului și umerilor. Un astfel de model este deosebit de util pentru înțelegerea modului în care vibrațiile acționează la nivelul organismului uman, știind că, organele interne, diferitele părți ale corpului omenesc au frecvențe proprii diferite, nevibrând ca o singură masă.

 

Figura 13 – Harta sistemului mecanic echivalent al organismului uman (după Rasmussen)

 

    În teza sa de doctorat, Rancea A. se ocupă de modelarea articulației gleznei - asimilată cu o articulație cilindrică (Figura 14.) - studiază modelul biomecanic simplificat al acesteia și analizează un mecanism (orteză) utilizat în refacerea traumei la care a fost supus tendonului lui Ahile.

 

Fig. 14 Cinematica gleznei

*Rancea A. Teză de doctorat, modelarea articulației gleznei

 

         Studiile efectuate până în prezent au demonstrat că fenomenele oscilatorii produc o paletă largă de efecte negative, începând cu efectele psihologice, precum stările de disconfort, de oboseală, teamă, până la leziuni grave ale sistemului muscular și osos sau ale organelor interne.

       Următoarele directive evaluează nivelul de vibrații și zgomot produse de echipamentele pentru

construcții:

 Directiva 98/37/CE a mașinilor (preluată prin HG 119/2004);

 Directiva 89/655/CE pentru echipamentele aflate în exploatare (preluată în L90/1996/CE și în

Normele Generale de Protecţia Muncii din 2002;

 Directiva 14/2000/CE pentru zgomotul emis în exterior (preluată prin HG 539/2004);

 SR EN 474/CE pentru echipamentele tehnologice de construcţii;

SR ISO 2631/CE pentru vibraţii transmise omului.

 

        Proiectul de cercetare științifică propus LOCOVIB este de noutate din perspectiva studiului multidisciplinar (mecanică-biomecanică) a vibrațiilor asupra aparatului locomotor uman de unde și complexitatea proiectului.

        Obiectivul general al LOCOVIB îl constituie fundamentarea teoretică a vibrațiilor mecanice bazată pe încercări experimentale și validarea cu ajutorul instrumentației virtuale a unui set de modele destinate studiului comportări dinamice a aparatului locomotor uman.

        Astfel pentru atingerea obiectivului general se va realiza experimentarea în laboratoare interdisciplinare pentru măsurători vibro-acustice în mediu ocupațional.

        Se va efectua un sistem comlex de măsurare și analiză (biomecanic)  a vibrațiilor transmise omului și în special aparatului locomotor uman, software de comandă a achiziției și post-porcesare, accelerometre triaxiale , vibrometre, aparate de monitorizat vibrațiile, aparat de măsurat vibrațiile cu stetoscop, generator de semnal, analizator de semnal și un sistem vibrant pentru tot corpul.

        Experimentele sunt realizate pe eșantioane de persoane. În alegerea subiecților se va ține cont să nu au fi avut probleme medicale cu mâinile, brațele sau picioarele (de exemplu: luxații, entorse, fracturi, etc.) și nu a mai efectuat vreodată exerciții fizice pe aparatură vibratoare.

       Se vor realiza seturi de măsurători de referință, înainte de expunerea la vibrații – numite în continuare încercări de referință - și seturi de măsurători după expunerea la vibrații – așa numitele

încercări după vibrații. Toate încercările de referință se vor face cu subiecții odihniți, în prima parte a zilei, în aceleași condiții de mediu (temperatură, umiditate, presiune atmosferică, etc.).

      Cercetările care se vor efectua pentru stabilirea conceptelor de analiză și sinteză a comportamentului aparatului locomotor uman sub acțiunea vibrațiilor transmise, vor fi individualizate și prezentate în mode semnificativ pe grupe de concluzii.

     În acest sens, proiectul de cercetare științifică propus va avea nevoie să dezvolte tehnici noi și de a pune la punct seturi de teste pentru obținerea de informații cât mai apropiate de realitate.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               

 

 

 

 

 Bibliografie

 

 

1

A. Iliescu

Biomecanica exercițiilor fizice, Editura C.N.E.F.S, București, 1968, pag. 9-14;

2

A. Constantinescu, C. Pavel.

Vibrații mecanice, ISBN 978-973-755-468-0, Editura MATRIXROM, București, 2009;

3

A. GAGEA

Biomecanică analictică. Editura A.N.E.F.S, București 2006

4

A. Picu

Modelarea biomecanică neliniară a dinamicii corpului uman sub acțiunea vibrațiilor transmise, Teză de doctorat, 2010

5

C.Pavel

Cercetări privind comportarea dinamică a sistemului generator de vibrații - mașină de construcții. Teză de doctorat. Universitatea Tehnica de Construcții București , 1999

6

G. NENCIU

Biomecanica în educaţie fizică şi sport, Aspecte generale. Editura Fundaţiei România de Mâine, București 2005 , ISBN 973-725-369-8

7

M. Vlad 

Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare. Disertație, UTCB Facultatea de Utilaj Tehnologic, București, 2013.

8

M. Vlad, N.L. Hornea

Vibrațiile mecanice în mediu înconjurător. Al XIX-lea Simpozion național de utilaje pentru construcții.Secția I. București, 12-13 Decembrei 2013, ISSN 2285-9209

9

R. Panaitescu-Liess

Modelarea biomecanică a organismului uman sub acțiunea vibrațiilor, Teză de doctorat, UTCB, București 2013

10

R. Penrose

Mintea noastră…cea de toate zilele, ISBN 973-31-1589-4, Editura Tehnică, București, 2001, pag. 183;

 

 

 

 

 

 Obiectivele și activitățile de cercetare din cadrul proiectului LOCOVIB

 

 

An

Obiective

(denumirea obiectivului)

Activitati asociate

2013 -2014

1. Catalogarea informației existente, a stadiului actual al cercetărilor în biomecanică și vibrații mecanice

1.Achiziționarea și studierea standardelor existente.

2.Studierea legislației existente (legi,HG, OG).

3.Studiu multidisciplinar vibrații mecanice – biomecanică.

4.Diseminare: publicare articole științifice.

2. Performanțe actuale în modelarea biomecanică a organismului uman sub acțiunea vibrațiilor.

 

1.Analiza modelelor biodinamice existente.

2.Vibrații liniare și neliniare ale sistemelor mecanice.

3.Diseminare: lucrări științifice prezentate la sesiuni de comunicări.

4. Realizarea primului raport de cercetare.

 

 

2014 -2015

 

 

 Modele biomecanice propuse pentru studiul articulației picior-gleznă sub acțiunea vibrațiilor.

 

 

1.Studierea modelelor biomecanice existente.

2. Analiza aparatului locomotor uman în realizarea modelelor biomecanice.

3. Ordonarea modelelor biodinamice existente.

4. Diseminare: publicare articole științifice.

5. Realizare raport de cercetare.

2015 -2016

 Determinări experimentale privind articulația picior-gleznă în timpul influenței la vibrații mecanice.

 

1.Stabilirea punctelor în care se vor efectua măsurătorile

2.Alegerea soluțiilor tehnologice si realizarea experimentelor.

3.Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor.

4.Realizarea sistemului informatic necesar prelucrării datelor experimentale.

5.Realizare raport de cercetare.

6. Diseminare: workshop-uri, susținere lucrări stiințifice.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ANEXA 2

8. Prezentarea proiectelor rapoartelor de cercetare științifică

 

8.1. Denumirea rapoartelor de cercetare

1. Performanțe actuale în modelarea biomecanică a organismului uman sub acțiunea vibrațiilor.

2. Modele biomecanice propuse pentru studiul articulației picior-gleznă sub acțiunea vibrațiilor.

3. Determinări experimentale privind articulația picior-gleznă în timpul influenței la vibrații mecanice.

 

8.2. Programarea rapoartelor de cercetare

 

1.   30 septembrie2014

2.   18 februarie 2015

 

3.   30 iulie 2015

 

8.3. Descrierea rapoartelor de cercetare

 

1. Performanțe actuale în modelarea biomecanică a organismului uman sub acțiunea vibrațiilor.

 

    Progrese notabile în medicină s-au obţinut în momentul în care s-a început utilizarea tehnicii modelării în biomecanică, ca metoda de cercetare în investigarea organismului uman.

    Metodele modelării și simulării și-au dovedit poate mai mult ca oriunde eficacitatea, deoarece obiectele cercetate sunt părţi ale corpului uman, ce nu pot fi detaşate și studiate ca și elemente reale.

  Astfel Primul model biomecanic al corpului uman, utilizat în scopul de a determina impedanța și funcția de răspuns în frecvență pe direcția verticală, a fost realizat de Dieckmann în anul 1957, pe baza unui model Kelvin-Voigt [Truța, A.,Arghir, M.Noțiuni de biomcanica organismului uman în mediu vibrațional, ISBN 978-606-92133-3-9, Arcadia Media, Cluj-Napoca, 2010, pag. 69;]. Acest model era extrem de simplificat, având un singur grad de libertate (Fig.1).

Figura 1. Modelul lui Dieckmann (1957)

     Au existat încercări de dezvoltare a diferitelor modele biomecanice ale sistemului mână-antebraț-braț (acesta fiind cel mai atent studiat)(Figura 2) [Picu, A., A. Modelarea biomecanică neliniară a dinamicii corpului uman sub acțiunea vibrațiilor transmise,Teza doctorat , Galați]

a) Kuhn (1953)

b) Dieckmann (1958)

Figura 2. Modele biomecanice ale sistemului mână-braț

 

 În anul 1982, Rasmussen dezvoltă o hartă a sistemului mecanic echivalent al organismului uman,

cu frecvențele proprii ale diferitelor organe interne.(Figura 3) [Rasmussen, G. Human Body Vibration Exposure and its Measurement, Bruel & Kjaer brochure, 1996,pag. 5;]

Figura 3. Harta sistemului mecanic echivalent al organismului uman (după Rasmussen)

 

 Organizația Internațională pentru Standardizare a publicat standardul ISO 7962:1987 (revizuit de ISO 5982:2001), care avea inclus un model cu patru grade de libertate al corpului uman pentru determinarea transmisibilității vibrațiilor la cap, pe direcție verticală, pentru intervalul 0,5 – 31,5 Hz.(Figura 4.)

Figura 4. Model cu patru grade de libertate – [ISO 7962:1996]

 

 

 

 

 

 

2. Modele biomecanice propuse pentru studiul articulației picior-gleznă sub acțiunea vibrațiilor.

 

      Modelele corpului uman se ocupă fie de problematica posturii, stabilităţii şi controlul acestuia, fie de problematica mişcării generale sau particulare, pentru condiţii precizate ale acestuia. Cele mai multe dintre modelele din literatura de specialitate răspund ca cerinţă scopurilor medicale, acestea având prioritate celorlalte cerinţe.

 

   Modelarea analitică comportă, în general, parcurgerea următoarelor etape:

- modelarea fizică;

- modelarea matematică.

 

      Modelarea fizică presupune realizarea unui model fizic, a cărui comportare să aproximeze cât mai bine pe cea a sistemului real. Modelul fizic se aseamănă cu sistemul real în ceea ce priveşte caracteristicile de bază, dar este mai simplu şi deci mai abordabil analizei. Astfel, elementele componente ale unui sistem biomecanic pot fi modelate prin corpuri solide, cuple cinematice, arcuri, amortizoare etc., iar acţiunea reciprocă a două corpuri poate fi schematizată prin forţe concentrate, cupluri concentrate, sarcini distribuite, etc.

    Modelarea matematică este o cale proprie automaticii care pleacă de la observaţia fundamentală că modelul matematic nu este decât echivalentul conceptual al modelului fizic.

 

     Modelele dinamice se împart în două mari categorii: directe şi inverse.

     Într-un model dinamic direct sunt precizate ca „date de intrare“ caracteristicile antropometrice ale sistemului analizat, precum şi valorile estimative ale forţelor musculare şi se cer a fi determinate ca „date de ieşire“, pe baza ecuaţiilor de mişcare, parametrii cinematici ai mişcării (poziţii, viteze, acceleraţii) şi reacţiunile legăturilor exterioare ale sistemului biomecanic.

Modelarea analitică a sistemului biomecanic al corpului uman se poate realiza fie “exact”, recurgând la ecuaţii care au la bază mecanica “clasică” sau abordări noi (cum ar fi metoda Bondgraf), fie „estimativ“, recurgând la expresii deduse din date experimentale care apoximează, estimează anumiţi parametrii dinamici.

       Metodele de modelare analitică care sunt folosite în mecanica „clasică“ se bazează pe următoarele ecuaţii: ecuaţiile corespunzătoare teoremei torsorului impulsului, ecuaţiile de echilibru dinamic ale lui d’Alembert şi ecuaţiile mecanicii analitice (ecuaţiile lui Lagrange, ecuaţiile lui Hamilton). Aceste ecuaţii au, la rândul lor, la bază, teoremele fundamentale ale dinamicii

sistemelor de corpuri solide, cu legături, aceste teoreme fiind: teorema impulsului, teorema momentului cinetic, teorema torsorului impulsului şi teorema energiei.

 

    Cercetarea aparatului locomotor al organismului uman sub aspect mecanic se poate face cu succes utilizând metodele inginereşti clasice şi moderne, de calcul şi experimentale. Astfel, aparatul locomotor uman poate fi privit ca fiind o structură spațial deformabilă, având o complexitate apreciabilă în ceea ce priveşte geometria, proprietățile elastice şi sarcinile.

      Astfel se dorește realizarea unui model biomecanic propus pentru studiul articulației picior-gleznă sub acțiunea vibrațiilor. Preconizez alegerea optimă a modelului biomecanic din  realizarea mai multor modele avînd mai multe grade de libertate cu avantaje și dezavantaje.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Determinări experimentale privind articulația picior-gleznă în timpul influenței la vibrații mecanice.

 

     Experimentele se doresc a se desfășura în cadrul Institutului de Cercetare – Dezvoltare – Inovare al Universității ”Transilvania” din Brașov în cazul în care nu se optează pentru un schimb de experiență în cadrul programului european “Erasmus +” prin care se dorește găsirea unui laborator de biomecanică adecvat experimentărilor dorite. 

   

      Experimentele se vor desfășura pe eșantioane dorind un număr cît mai mare de subiecți.

Se urmărește ca subiecții să nu aibă probleme medicale cu mâinile, brațele sau picioarele (de exemplu: luxații, entorse, fracturi, etc.) și nu a mai efectuat vreodată exerciții fizice pe aparatură vibratoare.

  Se vor realiza seturi de măsurători de referință, înainte de expunerea la vibrații – numite în continuare încercări de referință - și seturi de măsurători după expunerea la vibrații – așa numitele încercări după vibrații. Toate încercările de referință au fost făcute cu subiecții odihniți, în prima parte a zilei, în aceleași condiții de mediu (temperatură, umiditate, presiune atmosferică, etc.).

 

      Experimentele au ca scop fie stabilirea unor legi generale ale fenomenelor studiate, a verificării unor concluzii teoretice sau introducerii unor corecţii la legile stabilite analitic, fie rezolvarea directă a unor probleme complexe, care nu pot fi soluţionate pe cale teoretică.

    

 

 

 

 

9. Structura bugetului:

Nr.

crt

 
DENUMIRE CAPITOL BUGET

VALOARE

2013-2014

(lei)

VALOARE

2014-2015

 (lei)

VALOARE

2015-2016

 (lei)

TOTAL

VALOARE

(lei)

1.

 Cheltuieli de personal

9600

9600

9600

28800

2.

 Cheltuieli pentru achizitii de echipamente

-

-

-

-

3.

 Cheltuieli de diseminare (diseminarea

 rezultatelor obtinute si informare-

 documentare)

1950

1950

1950

5850

4.

 Cheltuieli de mobilitati (vizite de studii,

 participari la manifestari stiintifice interne

 si internationale, cheltuieli de transport,

 cazare, diurna, taxa de participare)

2500

3500

4500

10500

5.

 Cheltuieli de logistica (consumabile de

 laborator, echipamente, taxe de acces la

 infrastructura de cercetare a tertilor etc.)

4200

4200

4200

12600

 

TOTAL

15250

19250

20250

57750

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ANEXA 3

10. Activitatea științifică a doctorandului

 

10.1. Premii obținute la manifestări științifice

------------

 

10.2. Participarea cu lucrari la sesiuni de comunicari stiintifice

 

  1. Sesiunea de Comunicări Ștințifice Studențești „SESTUD 2008”,  Premiul III cu comunicarea ”Resurse regenerabile – surse de energie curată. Energia solară” desfăşurat în cadrul Universității Tehnice de Construcții București, Facultatea de Utilaj Tehnologic
  2. Sesiunea de Comunicări Ștințifice Studențești „SESTUD 2009”, Premiul special al juriului cu comunicarea ”Momente din Istoria Facultății de Utilaj Tehnologic”desfăşurat în cadrul Universității Tehnice de Construcții București, Facultatea de Utilaj Tehnologic
  3. Sesiunea științifică cu participare international a studențiilor “SIGPROT 2009”, Diplomă de Excelență pentru lucrarea : “Energia solară – sursă de energie curate” desfașurat în cadrul Academiei de Poliție “Alexandru Ioan Cuza” București, Facultatea de Pompieri
  4. The First International Symposium for Students with papers From Mechanical Engineering (CPMA) held in Vrnjačka Banja from 29.06. to 01.07.2011 University of Kragujevac Faculty of Mechanical Engineering Kraljevo – Serbia With paper: Portable Module for Mobile Construction Robot Construction and Work and Kinematic Model for a Portable Robotized Module Navigation ISBN 978-86-82631-59-0
  5. Vibrațiile mecanice în mediu înconjurător. Al XIX-lea Simpozion național de utilaje pentru construcții.  Secția I. București, 12-13 Decembrei 2013, ISSN 2285-9209

 

10.3. Publicații

 

---------

 

10.4. Participarea în programe de cercetare-dezvoltare naționale și internaționale

 

--------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ANEXA 4

 

 

 

 

11. Recomandarea conducătorului științific de doctorat

 

 

 

  

 

 

 

 

PRIN ACEASTA SE CERTIFICĂ LEGALITATEA ȘI CORECTITUDINEA

DATELOR CUPRINSE ÎN PREZENTUL DOCUMENT

 

 

               DATA: 24.01.2014

 

 

 

 

 

CONDUCĂTOR  ȘTIINȚIFIC DE  DOCTORAT

 

Prenume si nume: Prof.dr.ing Cristian Pavel

 

Semnătura:

 

 

DOCTORAND,

 

Prenume și nume: ing. Marius Vlad

 

Semnătura: