Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2018/2019

Modelování fyzikálních jevů v prostředí COMSOL Multiphysics

Předmět není vypsán Nerozvrhuje se
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
17VMFJ Z 2 2+0 česky
Přednášející:
Cvičící:
Předmět zajišťuje:
katedra biomedicínské techniky
Anotace:

Numerické simulace jsou stále častěji využívány k vývoji nových a optimalizaci stávajících produktů a zařízení. Pomocí numerických simulací lze výrazně snížit počet potřebných prototypů, a tím vývoj značně urychlit a snížit náklady na vývoj. Dalším odvětvím, kde jsou numerické simulace využívány, jsou odvětví, kde je složité ověřit probíhající fyzikální děje (např. ohřev biologické tkáně pod elektrodami u přímé mozkové simulace). V neposlední řádě můžeme na základě numerických simulací provádět plánování léčby, kde na základě znalosti materiálových vlastností můžeme definovat množství dodávaného výkonu do zařízení (např. radiofrekvenční ablace v onkologii či kardiochirurgii). Počítačové modelování zahrnuje vytvoření geometrie, nastavení materiálových vlastností a okrajových podmínek a v neposlední řadě volbu diferenciálních rovnic, způsob diskretizace výpočetní oblasti a zpracování výsledků. Přesnost získaných výsledků, délka výpočtů a nároky na výpočetní výkon jsou velmi závislé na nastavení numerického modelu. Přednášky pokrývají nejčastější problémy z elektrotechniky, termiky, mechaniky, chemie, akustiky a dynamiky tekutin. Získané znalosti si studenti vyzkouší aplikovat při návrhu jednotlivých částí přístrojů a zařízení.

Požadavky:

Požadavky pro úspěšné zakončení předmětu:

1. vytvoření a prezentace funkčního modelu v programu COMSOL na téma, které si student vybere z nabídky, kterou připraví přednášející

2. odevzdání dvoustránkového souhrnu jednoho odborného článku zabývajícího se využitím programu COMSOL Multiphysics v biomedicíně

Osnova přednášek:

1. Přehled nejčastěji používaných numerických metod a teorie metody konečných prvků (FEM) a konečných diferencí v časové oblasti (FDTD)

2. FEM ve frekvenční a časové oblasti

3. Seznámení s prostředím Comsol Multiphysics

4. 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. Rovnice šíření tepla v biologických tkáních, zejména Penneho rovnice (Heat Transfer Modul)

7. Multifyzikální simulace

8. Analýza mechanických struktur, které jsou předmětem statického nebo dynamického zatížení (Structural Mechanics) - Humusoft

9. Modelování akustického vlnění (Acoustics Modul), Termoablace pomocí High Intensity Focused Ultrasound - Humusoft

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

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

12. Vlnová optika, šíření světla v optických vláknech, optické sensory - Humusoft

13. Výpočet průběhu chemické reakce (Humusoft)

14. COMSOL Multiphysics a MATLAB

Osnova cvičení:
Cíle studia:

Předmět si klade za cíl seznámit studenty s možnostmi, které nabízejí současné numerické simulátory fyzikálních jevů zejména v souvislosti s biomedicínským inženýrstvím. K těmto účelům bude využita softwarová platforma COMSOL Multiphysics umožňující provádět numerické simulace jednotlivých fyzikálních jevů i jejich kombinací.

Studijní materiály:

[1] COMSOL Multiphysics (COMSOL AB, Stockholm, Sweden)

[2] Reddy, J.N. (2006). An Introduction to the Finite Element Method (Third ed.). McGraw-Hill. ISBN 9780071267618.

Poznámka:
Další informace:
https://predmety.fbmi.cvut.cz/17VMFJ
Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 23. 5. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet5123306.html