Metrika članka

  • citati u SCindeksu: 0
  • citati u CrossRef-u:0
  • citati u Google Scholaru:[=>]
  • posete u poslednjih 30 dana:13
  • preuzimanja u poslednjih 30 dana:4
članak: 1 od 3  
Back povratak na rezultate
Journal of Serbian Society for Computational Mechanics
2016, vol. 10, br. 1, str. 34-49
jezik rada: engleski
vrsta rada: neklasifikovan
objavljeno: 25/03/2017
doi: 10.5937/jsscm1601034S
Multi-modelovanje i modelovanje na više skala kao alati za rešavanje složenih realnih problema
aUniverzitet u Kragujevcu, Prirodno-matematički fakultet
bVisoka poslovno-tehnička škola, Užice
cInstitut za vodoprivredu 'Jaroslav Černi', Beograd
dDepartment of Chemistry and Chemical Biology, Northeastern University, Boston, SAD

e-adresa: bobi@kg.ac.rs

Projekat

Metode modeliranja na više skala sa primenama u biomedicini (MPNTR - 174028)
Primena biomedicinskog inženjeringa u pretkliničkoj i kliničkoj praksi (MPNTR - 41007)
Razvoj sistema za podršku optimalnom održavanju visokih brana u Srbiji (MPNTR - 37013)
Project of US National Institutes of Health AR048776
Project of US National Institutes of Health DC011528

Sažetak

U prethodnim decenijama razvijen je veliki broj računarskih metoda za proračun veoma složenih fizičkih fenomena sa zadovoljavajućom preciznošću. Većina ovih metoda najčešće modeluje samo jedan fizički fenomen, a njihove performanse u pogledu tačnosti i efikasnosti su ograničene na uske prostorne i vremenske domene. Međutim, rešavanje realnih problema u najvećem broju slučajeva zahteva istovremeno razmatranje više spregnutih fizičkih fenomena, čija se oblast delovanja prostire na više prostornih i vremenskih skala. Iz tog razloga su u prethodnoj deceniji simultano modelovanje više različitih fizičkih fenomena (multi-modeling) i modelovanje na više skala (multi-scale modeling) dobili ogroman značaj. U ovom radu je dat pregled pomenutih metoda razvijenih tokom poslednje decenije u Grupi za naučno računarstvo Prirodno-matematičkog fakulteta Univerziteta u Kragujevcu. Pored samih metoda dat je i kratak osvrt na prateće probleme koje je bilo potrebno rešiti kako bi ove metode bile primenjive u praksi, kao što su paralelizacija proračuna, kalibracija parametara i slično. U prvom delu rada je dat pregled metoda za modelovanje različitih aspekata ponašanja mišića i njihovo povezivanje u složene multi-modele. Mehaničko ponašanje mišića je posledica ponašanja velikog broja pojedinačnih komponenti, kao što su električna provodnost ćelijske membrane i akcioni potencijal, dinamika kalcijuma, kinetika hemijskih reakcija, i aktomiozin ciklus, koji rade spregnuto duž više prostornih i vremenskih skala. Opisivanje uzajamnog dejstva ovih komponenti rezultiralo je efikasnim višeskalnim modelom. Drugi deo rada je rezervisan za prikaz multi-modela za rešavanje realnih problema u upravljanju vodnim resursima, kao i metoda za kalibraciju parametara tako složenih modela. Kao jedan od najslikovitijih primera prikazana je metodologija rešavanja problema sanacije procurivanja na hidro-elektrani Višegrad na reci Drini u Republici Srpskoj. U cilju podrške odlučivanju prilikom sanacije, razvijen je odgovarajući multi-model, čiji je zadatak bio da, korišćenjem dobijenih osmatranja, u kontinuitetu vrši procenu prostornog rasporeda glavnih karstnih provodnika, njihovih fizičkih karakteristika, kao i hidrauličkih veličina u sistemu.

Ključne reči

Reference

Coello, C.C.A., Lamont, G.B., van Veldhuizen, D.A. (2007) Evolutionary Algorithms for Solving Multi-Objective Problems. New York: Springer, 2nd ed
Deb, K. (2001) Multi-objective optimization using evolutionary algorithms. UK: Wiley
Deb, K., Pratap, A., Agarwal, S., Meyarivan, T. (2002) A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 6(2): 182
Gordon, A.M., Huxley, A.F., Julian, F.J. (1966) The variation in isometric tension with sarcomere length in vertebrate muscle fibres. J Physiol, 184(1): 170-92
Hill, A.V. (1938) The heat of shortening and the dynamic constants of muscle. Proceedings of the Royal Society, vol. 8, br. 126, str. 136-195
Huxley, A.F. (1957) Muscle structure and theories of contraction. Prog. Biophys. Biophys. Chem, 255-318; 7
Incopera, F.P., Dewitt, D.P. (2002) Fundamentals of Heat and Mass Transfe. John Wiley & Sons, p. 470; (5 ed.)
Ivanovic, M., Stojanovic, B., Kaplarevic-Malisic, A., Gilbert, R., Mijailovich, S. (2015) Distributed multi-scale muscle simulation in a hybrid MPI-CUDA computational environment. Simulation, 92(1): 19-31
Ivanovic, M., Simic, V., Stojanovic, B., Kaplarevic-Malisic, A., Marovic, B. (2015) Elastic grid resource provisioning with WoBinGO: A parallel framework for genetic algorithm based optimization. Future Generation Computer Systems, 42: 44-54
Kaplarević-Mališić, A., Ivanović, M., Stojanović, B., Svičević, M., Antonijević, D. (2015) Employing Phenomenological Model in Loadbalancing Optimization of Parallel Multiscale Muscle Simulations. u: 15th International Conference on Bioinformatics and Bioengineering, Belgrade
Kojić, M., Bathe, K.J. (2005) Inelastic analysis of solids and structures. Berlin, itd: Springer-Verlag
Kojić, M.R., Mijailović, S., Zdravković, N. (1998) Modelling of muscle behaviour by the finite element method using Hill's three-element model. Int. J. Numer. Meth. Eng, 43(5): 941-953
Kojić, M., Filipović, N., Stojanović, B., Kojić, N. (2008) Computer Modeling in Bioengineering: Theoretical background, examples and software. Chichester: John Wiley & Sons
McMahon, T.A. (1984) Muscles, reflexes and locomotion. Princeton, NJ: Princeton University Press
Mijailovich, S.M., Stojanovic, B., Kojic, M., Liang, A., Wedeen, V.J., Gilbert, R.J. (2010) Derivation of a finite-element model of lingual deformation during swallowing from the mechanics of mesoscale myofiber tracts obtained by MRI. Journal of Applied Physiology, 109(5): 1500-1514
Razumova, M.V., Bukatina, A.E., Campbell, K.B. (1999) Stiffness-distortion sarcomere model for muscle simulation. J. Appl. Physiol, 1861-1876; 87
Smith, D.A., Mijailovich, S.M. (2008) Toward a Unified Theory of Muscle Contraction. II: Predictions with the Mean-Field Approximation. Annals of Biomedical Engineering, 36(8): 1353-1371
Stojanović, B., Svičević, M., Kaplarević, M.A., Ivanović, M., Nedić, Đ., Filipović, N., Mijailovich, S. (2015) Coupling Finite Element and Huxley Models in Multiscale Muscle Modeling. u: 15th International Conference on Bioinformatics and Bioengineering, Belgrade