F7DIMSTS - Modelování a simulace technických systémů

Modelování a simulace technických systémů zahrnuje návrh geometrie, volbu diferenciálních rovnic, volbu vhodné numerické metody, nastavení materiálových vlastností a okrajových podmínek a způsob diskretizace výpočetní oblasti a zpracování výsledků. Přednášky pokrývají teorii dvou nejčastěji používaných numerických metod v modelování interakce technických systémů a lidského těla. Získané znalosti si studenti vyzkouší aplikovat při návrhu jednotlivých částí přístrojů a zařízení.

Standardně probíhá výuka kontaktní formou a předmět je zakončen ústní zkouškou, které předchází písemná příprava. V případě, že počet studentů je menší než 5, může výuka probíhat v podobě řízeného samostudia s pravidelnými konzultacemi. Dále je požadováno vypracování písemné studie studentem na zadané téma z oboru. Podmínkou pro připuštění ke zkoušce je absolvování dvou laboratorních cvičení (doloženo protokolem podepsaným studentem, vedoucím cvičení a garantem předmětu). Protokoly budou archivovány v referátu pro doktorské studium.

Osnova přednášek:

1.Úvod do numerického modelování technických systémů a interakce s lidským tělem. Přehled nejčastěji používaných numerických metod a numerických simulátorů.

2.Teorie metody konečných prvků (FEM).

3.Teorie metody konečných diferencí v časové oblasti (FDTD).

4.Seznámení s prostředím COMSOL Multiphysics, simulace elektrického a magnetického pole pro statické a quasi-statické aplikace (AC/DC Modul), výpočet rozložení elektrického pole v okolí elektrod kardiostimulátoru a elektrochirurgického přístroje.

5.Simulace elektromagnetického pole (RF Modul), návrh a modelování vysokofrekvenčních zařízení.

6.Simulace více fyzikálních jevů, metody pro vázání simulací.

7.Rovnice šíření tepla v technických systémech a biologických tkáních (Heat Transfer Modul a Bio Heat Equation). Simulace ohřevu biologické tkáně během aplikace terapeutického ultrazvuku.

8.Mechanika tekutin - jedna fáze (CFD Modul).

9.Mechanika tekutin - více nemísitelných fází pomocí Level set metody (CFD Modul).

10.COMSOL Multiphysics a MATLAB.

Osnova cvičení:

1.Modelování radiofrekvenčních cívek pro magnetickou rezonanci.

2.Modelování proudění vzduchu clonkou

Modelování a simulace technických systémů zahrnuje návrh geometrie, volbu diferenciálních rovnic, volbu vhodné numerické metody, nastavení materiálových vlastností a okrajových podmínek a způsob diskretizace výpočetní oblasti a zpracování výsledků. Přednášky pokrývají teorii dvou nejčastěji používaných numerických metod v modelování interakce technických systémů a lidského těla. Získané znalosti si studenti vyzkouší aplikovat při návrhu jednotlivých částí přístrojů a zařízení.

Povinná:

[1] COMSOL, Inc Introduction to COMSOL Multiphysics, version 5.3a, 2017, 196 stran, https://cdn.comsol.com/documentation/5.3.1.229/IntroductionToCOMSOLMultiphysics.pdf

Doporučená:

[1] Reddy, J. N. An Introduction to the Finite Element Method, 3. Vydání, McGraw-Hill. 2006. 784 stran, ISBN 9780071267618.

[2] H. Versteeg, W. Malalasekera An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method , Pearson Education 2007 ISBN 9780131274983

Modul E