|
|
Využití metody konečných prvků pro modelování pohybu a napjatosti hlasivek při nastavování do fonačního postavení
Šíbl, Michal ; Šidlof,, Petr (oponent) ; Švancara, Pavel (vedoucí práce)
Předložená diplomová práce se zabývá využitím metody konečných prvků pro modelování pohybu a napjatosti hlasivek při nastavování do fonačního postavení. Práce obsahuje popis relevantních anatomických struktur a s tím úzce související tvorby lidského hlasu. Následuje přehled některých dosud publikovaných modelů funkce lidských hlasivek. Součástí práce dále bylo vytvoření modelu geometrie hrtanu pomocí programů CATIA V5 a PTC Creo 2.0 na základě dat pořízených zobrazovací metodou MRI (magnetic resonance imaging). Model byl dále převeden do výpočtového systému Ansys Workbench 15.0 a pro řešení kontaktní úlohy do Ansys Classic 15.0. Tyto programy využívají pro řešení dané úlohy metodu konečných prvků (MKP). Řešení bylo provedeno pro šest variant simulujících jednotlivé pohyby chrupavek odpovídající aktivaci jednotlivých svalů. U jednotlivých variant byly vyhodnoceny posuvy a napětí v měkké tkáni hlasivek. U varianty s aktivací IA, TA a LCA svalu byl také vyhodnocen kontaktní tlak mezi hlasivkami. V neposlední řadě je v práci uvedena příprava modelu pro aktivaci pohybu hlasivek svalstvem hrtanu.
|
|
| |
|
|
Výpočtové modelování interakce kmitajících hlasivek s proudem vzduchu
Pavlica, Ondřej ; Matug, Michal (oponent) ; Švancara, Pavel (vedoucí práce)
Práce se zabývá vytvořením výpočtového modelu funkce lidských hlasivek. Algoritmus výpočtu zahrnuje interakci hlasivek s proudem vzduchu. Součástí práce jsou modální analýzy strukturního a akustického prostředí, rešeržní studie funkce hlasivek a přehled vybraných doposud publikovaných výpočtových modelů. Analýza výsledků dosažených simulačním výpočtovým modelováním se zaměřuje na tlakové a rychlostní poměry pod, mezi a nad hlasivkami, pohyb hlasivek, průběhy napětí v jednotlivých vrstvách hlasivek a posouzení vlivu tloušťky tkání na výsledné chování hlasivek.
|
|
|
On numerical approximation of fluid-structure interactions of air flow with a model of vocal folds
Valášek, J. ; Horáček, Jaromír ; Sváček, P.
This paper deals with flow driven vibration of an elastic body. Our goal is to develop and mathematically describe a simplified model of the human vocal fold. The developed numerical schemes for viscous incompressible fluid flow in ALE formulation and the elastic body are implemented by two solvers, specific for each domain. The studied problem is coupled by Dirichlet-Neumann boundary conditions. Both solvers are based on the finite element method. Particularly, for the fluid model the crossgrid elements are used. Numerical results focus on the verification of the developed program.
|
|
|
Computational aeroacoustics of human phonation
Šidlof, Petr ; Zörner, S.
The current paper presents a CFD model of flow past vibrating vocal folds coupled to an acoustic solver, which calculates the sound sources from the flow field in a hybrid approach. The CFD model is based on the numerical solution of 3D Navier-Stokes equations on a time-dependent domain, solved by cell-centered finite volume method. To capture the fine turbulent scales important for the acoustic source calculations, the equations are discretized and solved on large computational meshes up to 3.2M elements. The CFD simulations were run in parallel using domain decomposition method and OpenMPI implementation of the MPI standard. Aeroacoustic simulations are calculated in a separate step by Lighthill’s acoustic analogy, which determines the acoustic sources based on the fluid field. This is done with the research code CFS++ which employs the finite element method (FEM).
|
|
|
Computational aeroacoustics of human phonation
Šidlof, Petr ; Zoerner, S.
The current paper presents a CFD model of flow past vibrating vocal folds coupled to an acoustic solver, which calculates the sound sources from the flow field in a hybrid approach. The CFD model is based on the numerical solution of 3D Navier-Stokes equations on a time-dependent domain, solved by cell-centered finite volume method. To capture the fine turbulent scales important for the acoustic source calculations, the equations are discretized and solved on large computational meshes up to 3.2M elements. The CFD simulations were run in parallel using domain decomposition method and OpenMPI implementation of the MPI standard. Aeroacoustic simulations are calculated in a separate step by Lighthill’s acoustic analogy, which determines the acoustic sources based on the fluid field. This is done with the research code CFS++ which employs the finite element method (FEM).
|
|
|
Coherent turbulent structures in flow through the human vocal tract
Šidlof, Petr ; Doaré, O. ; Cadot, O. ; Čejka, J.
This paper presents experimental and computational data on the coherent turbulent structures in flow through the human vocal tract. The experimental results were obtained using a 4:1 scaled self-oscillating physical model of vocal folds. Flow velocity fields in the coronal plane were visualized and measured using a PIV system phase-synchronized with vocal fold vibration. Computational results originate from finite volume discretizations of viscous incompressible Navier-Stokes equations in 2D and 3D. The results reveal flow separation in the divergent part of glottis and formation of a planar jet. Vortex structures are shed from the shear layer of the jet and convected further downstream. The computational model helps to assess the influence of the ventricular folds on the flow patterns.
|
|
|
Matematické a fyzikální modelování prouděním vyvolaného kmitání lidských hlasivek
Šidlof, Petr ; Doaré, O. ; Cadot, O. ; Chaigne, A. ; Horáček, Jaromír
Práce je věnována výpočtům tlakového a rychlostního pole v okolí kmitajících hlasivek metodou konečných prvků. Tvar hlasivek byl specifikován podle měření excizovaných hrtanů ve fonačním postavení. Matematický model je založen na 2D nestlačitelných Navier-Stokesových rovnicích v ALE-formulaci, která umožňuje pracovat v časově proměnlivé oblasti. Výsledky numerických simulací demonstrují odtrhávání proudu v hlasivkách, Coandův efekt a odtrhávání vírů. Numerické výsledky byly ověřeny experimentálně pomocí metody PIV na fyzikálním modelu hlasivek. Kromě akustických, tlakových a dynamických měření byly zaznamenány proudová pole v oblasti bezprostředně za hlasivkami. Analýza PIV záznamu z průběhu 25 fází jednoho oscilačního cyklu hlasivek poskytuje základní vhled do dynamiky supraglotického proudění
|
|
|
MKP model interakce kmitajících hlasivek s akustickým prostředím vokálního traktu
Švancara, Pavel ; Hrůza, V.
V příspěvku jsou popsány 2D a 3D MKP modely funkce hlasivek vytvořené v programu ANSYS, založené na interakci akustického (fluidního) prostředí vokálního traktu se strukturou kmitajících hlasivek, kdy jedinou zadávanou (řídící) veličinou je rychlost proudění vzduchu pod hlasivkami. Interakce ja v programu ANSYS modelována pomocí tzv. Sequential Coupled Analysis, kdy jsou výlsedky transientního výpočtu prodění v ANSYS/Flotran přenášeny jako zatížení do přechodového výpočtu pohybu struktury hlasivek. Model respektuje velké deformace struktury hlasivek, předepnutí hlasivek do fonační polohy, kontakt hlasivek během pohybu, přerušování proudu při uzavření hlasivek, změnu sítě vzduchu při pohybu hlasivek a stlačitelnost vzduchu.
|
|
| |
host ::
RSS.