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

Modelování fyzikálních jevů v prostředí COMSOL MULTIPHYSICS

Přihlášení do KOSu pro zápis předmětu Zobrazit rozvrh
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
17PBBMFJ KZ 2 1+1 česky
Přednášející:
David Vrba (gar.)
Cvičící:
David Vrba (gar.), Hana Hadravová
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. 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

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

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

5. Multifyzikální simulace

6. Modelování akustického vlnění (Acoustics Modul), Termoablace pomocí High Intensity Focused Ultrasound

7. Mechanika tekutin - jedna fáze (CFD Modul)

Osnova cvičení:

1. Seznámení se s prostředím Comsol Multiphysics, tvorba 3D geometrií, zásady nastavení mřížky a řešiče.

2. Výpočet rozložení elektrického pole v okolí elektrod kardiostimulátoru.

3. Modelování vlnovodného aplikátoru pro lokální hypertermii a jím vytvořeného elektromagnetického pole v biologické tkáni.

4. Rozšíření předchozího modelu o teplotní simulaci v biologické tkáni.

5. Mechanika tekutin - jedné fáze a více nemísitelných fází pomocí Level set metody.

6. Šíření světla v optickém vlákně.

7. Tvorba modelu v COMSOL Multiphysics, export a úprava, spouštění simulací a analýza výsledků v prostředí MATLAB.

Cíle studia:
Studijní materiály:

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

[2] Reddy, J.N. (2006). An Introduction to the Finite Element Method

Poznámka:
Rozvrh na zimní semestr 2018/2019:
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St
Čt
místnost KL:B-326_N
Vrba D.
12:00–13:50
LICHÝ TÝDEN

(přednášková par. 1)
Kladno FBMI
Učebna
místnost KL:B-435_N
Hadravová H.
14:00–15:50
SUDÝ TÝDEN

(přednášková par. 1
paralelka 2)

Kladno FBMI
Počítačová učebna
místnost KL:B-435_N
Hadravová H.
12:00–13:50
SUDÝ TÝDEN

(přednášková par. 1
paralelka 1)

Kladno FBMI
Počítačová učebna

Rozvrh na letní semestr 2018/2019:
Rozvrh není připraven
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 25. 3. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet5211006.html