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17.04.2013, 15:30 Uhr

Klasse für Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften, 89. Sitzung

Professor Dr. Marek Behr, RWH Aachen: "Model Development and Optimal Design with Applications to Biomedical and Production Engineering"; Professor Dr. Steffen Leonhardt, Aachen: "Elektrische Impedanztomographie - Geschichte, Stand der Technik und Potentialanalyse für den klinischen Einsatz."

Professor Dr. Marek Behr

Prof. Dr. Marek Behr obtained his Bachelor's and Ph.D. degrees in Aerospace Engineering and Mechanics from the University of Minnesota in Minneapolis. After faculty appointments at the University of Minnesota and at Rice University in Houston, he was appointed in 2004 as a Professor of Mechanical Engineering and holder of the Chair for Computational Analysis of Technical Systems at the RWTH Aachen University. Since 2006, he is the Scientific Director of the Aachen Institute for Advanced Study in Computational Engineering Science, focusing on inverse problems in engineering and funded in the framework of the Excellence Initiative in Germany. Since 2008, he is also the co-President of the German Research School for Simulation Science, a joint venture of the RWTH Aachen and Forschungszentrum Juelich focusing on HPC in engineering and sciences. Behr advises or has advised 28 doctoral students, and has published over 50 refereed journal articles and a similar number of conference publications and book chapters. Behr is one of the main developers of the stabilized space-time finite element formulation for deforming-domain flow problems, which has been recently extended to unstructured space-time meshes. He is a long-time expert on parallel computation and large-scale flow simulations and on numerical methods for non-Newtonian fluids. Behr is currently leading an active research program focusing on three application areas: blood flow modeling and simulation; production technology; and aerospace engineering. He is member of several advisory and editorial boards of international journals, and member of the executive council of the German Association for Computational Mechanics.

Aus dem Inhalt des Vortrages

"Model Development and Optimal Design with Applications to Biomedical and Production Engineering"

Der Vortrag wird auf Englisch gehalten.

Next to the development of robust and accurate discretization methods, modeling and optimal design are playing an increasing role in flow simulation. New models with a tailored level of complexity are necessary as the computational analyses tackle new, often multi-scale, applications. And as these analyses are integrated more closely in the engineering product development process, they are used to quickly pinpoint optimal configurations. In the field of bioengineering, we focus on the design of implantable ventricular assist devices and other blood-handling devices. In order to obtain quantitative prediction of damage to red blood cells, cumulative tensor-based measures of strain experienced by individual cells must be developed; red blood cells under shear can be modeled as deforming droplets, and their deformation tracked along with the computed flow field. In the field of production engineering, we discuss an effort to reduce costly running-in trials for profile extrusion. The molten plastic flowing through the extrusion die exhibits complex behavior, and may have to be modeled as a viscoelastic fluid. Achieving homogeneous exit velocity is one of the design objectives, although post-exit die swell is also of importance. Both sets of applications are based on stabilized space-time FE formulation of the Navier-Stokes equations, with various mesh update techniques used to accommodate the evolving fluid domain. Specific issues affecting shape optimization in these settings, such as parametrization of complex 3D surfaces, will be discussed.

Professor Dr. Steffen Leonhardt

Prof. Dr. med. Dr.-Ing. Steffen Leonhardt studierte Elektrotechnik an der Technischen Hochschule (heute TU) Darmstadt und der State University of New York (SUNY) at Buffalo, USA, sowie Medizin an der Goethe-Universität Frankfurt. Nach Abschluß der Promotionen nahm er eine Stelle als Entwicklungs-Ingenieur im Geschäftsbereich Anästhesie der Fa. Dräger Medical AG & Co. KGaA in Lübeck an. Im Anschluß wurde ihm die Leitung zweier Entwicklungsprojekte im Geschäftsbereich Intensivmedizin übertragen. Seit Aug. 2003 ist er an der RWTH Aachen tätig und bekleidet dort den Philips Stiftungslehrstuhl für Medizinische Informationstechnik.

Aus dem Inhalt des Vortrages

"Elektrische Impedanztomographie - Geschichte, Stand der Technik und Potentialanalyse für den klinischen Einsatz"

Die elektrische Impedanztomographie (EIT) ist eine kürzlich in den Markt eingeführte Methode zur kontinuierlichen Darstellung von globaler und regionaler Ventilation im menschlichen Thorax. Sie bietet bestechende Vorteile für den Einsatz bei beatmeten Patienten, wie z.B. Nicht-Invasivität, Portabilität und hohe zeitliche Auflösung, allerdings auf Kosten einer geringen räumlichen Auflösung.

Die EIT beruht auf der Einspeisung von kleinen hochfrequenten Wechselströmen und der Messung der resultierenden Spannungsabfälle an einem Ring von Elektroden, die rund um den Thorax angebracht sind.

Mathematisch ist das Problem der Rekonstruktion der Leitwertverteilung innerhalb des Thorax basierend auf Spannungsmessungen am Rand ein schlecht-gestelltes Problem, weshalb Regularisierungsmethoden angewendet werden müssen.

Im Vortrag sollen sowohl die technischen Grundlagen und die geschichtliche Entwicklung skizziert als auch die zukünftigen Entwicklungsoptionen, wie z.B. die regionale Perfusion, beleuchtet werden.