Vysokoškolské kvalifikační práce univerzitních studijních programů / Theses and dissertations of University Study Programmes

Permanent URI for this collectionhttp://hdl.handle.net/10084/71389

Browse

Now showing 1 - 20 out of 354 results

Ergonomie a efektivita workflow na HPC klastrech
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Beránek, Jakub; Martinovič, Jan; Toroslu, Ismail Hakki; Dvorský, Jiří; Cardoso, João Manuel Paiva
This thesis deals with the execution of task graphs on High-performance Computing (HPC) clusters (supercomputers), with a focus on efficient usage of hardware resources and ergonomic interfaces for task graph submission. Task-based programming is a popular approach for defining scientific workflows that can be computed on distributed clusters. However, executing task graphs on su- percomputers introduces unique challenges, such as performance issues caused by the large scale of HPC workflows or cumbersome interactions with HPC allocation managers like PBS (Portable Batch System) or Slurm. This work examines what are the main challenges in this area and how do they affect task graph execution, and it proposes various approaches for alleviating these challenges, both in terms of efficiency and developer ergonomics. This thesis provides three main contributions. Firstly, it provides a task graph simulation en- vironment that enables prototyping and benchmarking of various task scheduling algorithms, and performs a comprehensive study of the performance of various task schedulers using this envi- ronment. Secondly, it analyzes the bottlenecks and overall performance of a state-of-the-art task runtime Dask and provides an implementation of an alternative Dask server which significantly improves its performance in HPC use-cases. And primarily, it introduces a unified meta-scheduling and resource management design for effortless execution of task graphs on heterogeneous HPC clusters that facilitates efficient usage of hardware resources. It also provides a reference im- plementation of this design within an HPC-tailored task runtime called HyperQueue, which is available as open-source software under the MIT (Massachusetts Institute of Technology) license at https://github.com/it4innovations/hyperqueue.
Optimization of large scale engineering computations with biologically inspired algorithms
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Panoc, Tomáš; Kozubek, Tomáš; Tuček, Pavel; Kruis, Jaroslav; Lampart, Marek
Two optimization problems related to engineering simulations based on Finite Element Method (FEM) are investigated in this thesis. In both cases, biologically inspired algorithms (BIAs) are applied to solve them. In the first case, BIAs are used to minimize the execution time of large engineering simulations that require the power of supercomputers. FEM derivatives, the Finite Element Tearing and Inteconnecting (FETI) methods can utilize these parallel architectures. The presented tool can automatically search for a near-optimal configuration of FETI methods during a transient analysis. The experiments show that basic BIAs with a small population (5 individuals) and a penalty system as protection against incompatible configurations represent an effective solution. One can use them to find the near-optimal configuration of FETI-based methods in lower hundreds of the cost function evaluations. This solution can improve the utilization of expensive hardware resources in modern computational clusters. The second part of the thesis deals with inverse nonlinear problems of elasticity. In contrast to standard numerical simulations, inverse analysis searches for an original unloaded shape of the known deformed shape. The desired unloaded shape should deform to the known deformed shape under the given (known) properties of materials and the acting environment. Due to the present nonlinearity (material or geometric), the behavior of the newly constructed, unloaded shape is hardly predictable in the given environment. In this thesis, I investigate the transformation of a deformed shape into the original one by radial basis function (RBF). In this method, the displacement of all mesh nodes is controlled by several morphing points only. It can reduce the search space size when searching for the unloaded shape. Moreover, the number of morphing points is independent of a particular mesh density. On the other hand, an inappropriate selection of morphing points can make the correct transformation impossible. To prevent improper selection, I introduce automated selection of morphing points by BIAs in two steps - layers. The top layer chooses the morphing points from an initial set. The bottom layer looks for their optimal displacement to construct the desired unloaded shape. The two-layer approach was able to find a desired unloaded shape, leading to a relative error below 5% with only 25 points. The already existing methods would require working with all boundary nodes of the given mesh. The presented solution allows everyone to work with reasonable numbers of unknowns (morphing points and their displacement) that are manageable by modern optimization methods, including BIAs.
Příprava nanovláken s obsahem kyseliny hyaluronové pomocí elektrostatického zvlákňování a jejich charakterizace
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Piskláková, Lenka; Mamulová Kutláková, Kateřina; Kameníček, Jiří; Lenčéš, Zoltán; Taraba, Boleslav
Disertační práce se zabývá inkorporací antiseptik (oktenidin dihydrochlorid, triclosan) do nanovlákenných vrstev na bázi nativního hyaluronanu nebo hydrofobních derivátů hyaluronanu a následnou analýzou těchto vrstev. Byly využity tři specifikace derivátu lauroyl hyaluronanu odlišným stupněm substituce a fototvrditelný derivát furanyl hyaluronan. V případě vrstev na bázi nativního hyaluronanu byly porovnány různé přístupy (vláknění z emulze, disperze, pravého roztoku) z hlediska efektivity inkorporace antiseptik (enkapsulační účinnost), morfologie vrstev a výtěžnosti procesu. Tyto nanovlákenné vrstvy jsou hydrofilní, při kontaktu s vlhkostí se okamžitě rozpouštějí a uvolňují veškerá inkorporovaná aditiva. U nanovlákenných vrstev z (kombinace) derivátů hyaluronanu byly analyzovány vlastnosti, jako je průměr vláken, botnavost a solubilizace, které mohou přímo ovlivňovat uvolňování aktivních látek. Uvolňování aktivních látek bylo sledováno pomocí vsádkové metody s kumulativními odběry v několika disolučních médiích – fosfátový pufr, fosfátový pufr s přídavkem bovinního sérového albuminu a prasečí plazma. Na základě charakterizace nanovlákenných vrstev a kinetiky uvolňování v těchto prostředích byly určeny řídící mechanismy uvolňování inkorporovaných látek. V případě potřeby modulace profilu uvolňování bylo přistoupeno ke změně způsobu inkorporace API či materiálové složení a struktury nanovláken tak, aby inkorporované látky byly ideálně uvolňovány postupně po dobu minimálně 24 hodin. Dále byla sledována distribuce triclosanu ve vrstvách pomocí Ramanovy spektroskopie. Byla hodnocena antibakteriální účinnost připravených nanovlákenných vrstev a buněčná viabilita 3T3 fibroblastů po vystavení rozpuštěným vrstvám (či jejich extraktům).
Pevné částice na bázi Fe v biologickém materiálu
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Olšovská, Eva; Kukutschová, Jana; Pagáč, Marek; Mašláň, Miroslav; Dusinska, Maria
Disertační práce je zaměřena na studium pevných částic nejen na bázi železa, které se mohou do organismu dostávat z implantátů v podobě hřebů a dlah. Tyto částice byly studovány v reálných vzorcích tkání u pacientů v průběhu léčby zlomenin dlouhých kostí. Bioptické vzorky tkání pro studium těchto částic byly odebrány u pacientů, kteří podstoupili reoperaci z důvodu komplikací (otok, bolest, selhání implantátu a další). Odebrané tkáně byly charakterizovány pomocí skenovací elektronové mikroskopie s energiově disperzním spektrometrem (SEM-EDS), kdy zjištěné výsledky byly vyhodnoceny statistickými metodami. Dále byly studovány nanometrické částice vznikající při 3D tisku z kovových prášků. Byl proveden odběr částic ze stěn komory 3D tiskárny, používané pro tisk materiálů z práškové nerezové oceli 316L, složením shodné se slitinou používanou pro výrobu kovových implantátů. Odebrané částice byly podrobeny velikostní separaci, pro získání částic pouze nanometrické frakce. Morfologie a prvková analýza nanometrických částic byla provedena za použití skenovací transmisní elektronové mikroskopie (STEM) a dále byla stanovena velikost částic metodou dynamického rozptylu světla. Na takto připravených vzorcích separovaných částic byly provedeny testy imunotoxicity, za účelem zjištění možného rizika plynoucího pro člověka.
Příprava a charakterizace fotokatalyticky aktivních nanočástic ZnS a nanokompozitů ZnS/kaolinit
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Smijová, Julie; Tokarský, Jonáš; Beneš, Ludvík; Martinec, Petr; Bujdák, Juraj
Znečištění životního prostředí organickými látkami je jedním z palčivých problémů současnosti. Řešením mohou být fotokatalyticky aktivní materiály, které jsou schopny rozkládat organické nečistoty na menší molekuly a v ideálním případě až na vodu a oxid uhličitý. Tato disertační práce se zaměřuje na přípravu a charakterizaci fotoaktivního nanostrukturovaného ZnS (nano-ZnS) a kompozitu nano-ZnS/kaolinit. Jílový minerál kaolinit (K) byl primárně použit pro imobilizaci fotokatalyzátoru nano-ZnS za současného zvýšení fotokatalytické aktivity (FA) výsledného nanokompozitu. V práci byl zkoumán vliv reakčních podmínek na vlastnosti nano-ZnS a kompozitu nano-ZnS/K. S ohledem na dobu přípravy a spotřebu energie byly nano-ZnS a kompozit nano-ZnS/K syntetizovány z prekurzorů ZnCl2 a Na2S konvenční hydrotermální (H) a mikrovlnami asistovanou hydrotermální (M) metodou s reakčními časy 90, 150, 210 min a 10 20, 30 min. Pro všechny reakční doby byly testovány tři molární poměry nZn:nS (1:1; 1,5:1; 2:1). U všech nanokompozitů byl hmotnostní poměr prekurzorů (ZnCl2 a Na2S) : K roven 1:1. U nanokompozitů byly testovány stejné reakční doby a molární poměry nZn:nS jako v případě nano-ZnS. Vzorky byly charakterizovány pomocí XRPD, FTIR, Ramanovy mikrospektroskopie, UV-VIS a SEM. FA byla stanovena na barvivu Acid oranž 7 pod UV zářením (λ = 365 nm) a u vybraných vzorků také pod slunečním zářením (SL). Po 360 min UV záření bylo dosaženo FA 96 % (nano-ZnS; H; 210 min; 1:1, 1,5:1 nebo 2:1) a 92 % (nano-ZnS; M; 30 min; 1,5:1 nebo 2 :1). Při působení SL bylo dosaženo FA 96 % (nano-ZnS; H; 210 min; 2:1) po 120 min a 92 % (nano-ZnS; M; 20 min; 2:1) po 540 min. Pro srovnání, kompozity nano ZnS/K byly schopny dosáhnout podobné FA i přes mnohem nižší obsah ZnS (~40 hm.%). Po 360 min UV záření bylo dosaženo FA 98 % (nano-ZnS/K; H; 210 min; 1:1) a 90 % (nano-ZnS/K; M; 30 min; 1:1). Při působení SL bylo dosaženo FA 97 % (nano-ZnS/K; H; 210 min; 2:1) a 93 % (nano ZnS/K; M; 20 min; 2:1) po 540 min. Testy peroxidace lipidů odhalily schopnost inhibovat peroxidaci u všech nanokompozitů ve srovnání s negativní kontrolou (tj. roztok bez vzorku). Netoxicita a vysoká FA při přirozeném SL naznačují potenciál pro venkovní použití při čištění vody nebo ve stavebnictví. Nanokompozity navíc vykazují podobné antibakteriální účinky vůči bakteriím S. aureus a E. coli, což je předurčuje k možnému využití jako antibakteriálních činidel bez nutnosti aktivace vnějším zářením.
Studium glycin nitrátových procesů pro přípravu nanomateriálů na bázi oxidů lanthanidů
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Volná, Ľubomíra; Kukutschová, Jana; Matějka, Vlastimil; Maršálek, Roman; Kuřitka, Ivo
Disertační práce pojednává o studiu glycin-nitrátových procesů pro přípravu nanomateriálů na bázi oxidů lanthanidů. Nejprve bylo připraveno několik vzorků Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3 syntetizovaných pomocí čtyř aminokyselin (alanin, glycin, prolin a serin), aby bylo možno pozorovat vliv aminokyseliny na povahu a morfologii konečného produktu. Vzorky byly připraveny tepelným rozkladem komplexu vytvořeného in situ z Ln(NO3)3·n H2O a vybrané aminokyseliny. Výsledné produkty byly charakterizovány SEM/EDS, PS/PSD, FTIR a XRPD analýzou. Bylo zjištěno, že typ aminokyseliny výrazně neovlivňuje morfologii výsledného produktu, ale pouze jeho krystalografickou strukturu. Za účelem objasnění reakčního mechanismu glycin-nitrátového spalovacího procesu syntézy Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3, byla připravena a charakterizována série meziproduktů této syntézy. SEM/EDS analýza odhalila pomalou transformaci glycin-nitrátového gelu lanthanidu k organizovanější síťové morfologii jasně spojenou s rostoucí teplotou kalcinace. XRPD a FTIR analýzy odhalily, že spalovací glycin-nitrátový proces je tvořen nejméně dvěma chemickými procesy. Prvním je synproporcionační proces mezi (NVO3)-anionty a -N-IIIH2 organickými skupinami a druhým je oxidační dekarboxylace. Dále byla na vybraných vzorcích Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3 testována antibakteriální aktivita (proti S. aureus, E. faecalis, E. coli, P. aeruginosa), testy akutní akvatické toxicity pro C. vulgaris a testy lipoperoxidace a karbonylace proteinů. Nejnižší stanovená hodnota MIC byla již 5,6 mg·ml-1 proti E. coli a P. aeruginosa. Parametr EC50 vůči C. vulgaris byl stanoven na hodnotu 2,43 g·l-1 nanokrystalického Sm2O3. Následně, žádný z Ln2O3 nevykazoval schopnost peroxidace lipidů a karbonylace proteinů v bezbuněčném prostředí. Nakonec bylo zjištěno, že nanokrystalické oxidy Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3 nejsou fotokatalyticky aktivní.
Dynamic parameters tuning for HPC clusters exploitation
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Vysocký, Ondřej; Kozubek, Tomáš; Wyrzykowski, Roman; Jaroš, Jiří; Šimeček, Ivan
The High Performance Computing community faces a problem of enormous power and energy consumption, which is the major obstacle in building supercomputers exceeding exaflop performance. The only solution is a hardware-software codesign, introducing more power-efficient hardware with power management and monitoring features, as well as a software stack for power- and energy-efficient computing. Over the last years, more and more heterogeneous hardware has been accommodated to meet power-related goals. However, it makes software development complicated. Implementing software that fully utilizes the available hardware is not easy. Underutilized hardware creates a space for optimization from an energy consumption point of view using a power knob management and, therefore, energy savings without application performance degradation. This thesis presents a methodology of Fine-grain dynamic tuning of power knobs during a parallel application execution on heterogeneous hardware to achieve energy savings. Thanks to complex execution time coverage by regions of interest, high tuning granularity starting at the level of ten milliseconds and a large set of controlled power knobs, it pushes the achievable energy savings to the limit. The automatic identification of the optimal configuration is designed to control application performance degradation caused by the tuning. The developed MERIC runtime system and related tools implement this methodology, providing support to tune various tuning parameters, automatic optimal configuration identification, resource consumption measurement, and measurement data visualization for application behaviour understanding.
Otěrové částice z frikčních kompozitů brzdových obložení automobilů a jejich vliv na biosystémy.
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2024) Rajhelová, Hana; Kukutschová, Jana; Matějka, Vlastimil; Adamec, Vladimír; Malachová, Kateřina
Doprava je významným zdrojem emisí plynných a tuhých znečišťujících látek, které jsou uvolňovány do životního prostředí a mohou jej negativně ovlivňovat. Tato disertační práce se zaměřuje na studium otěrových částic z frikčních brzdových systémů osobních automobilů, které jsou jednou ze složek znečištění pocházejícího z dopravy a v důsledku minimalizace emisí ze spalovacích procesů získává tento zdroj znečištění větší pozornost průmyslu i výzkumníků. Hlavními cíli práce bylo provést komplexní charakterizaci otěrových částic z brzd, které byly generovány „full-scale“ brzdovým dynamometrem v laboratorních podmínkách. Tři vzorky suspendované frakce (AP1-3) a tři vzorky sedimentované frakce (NAP1-3) otěrových částic, byly podrobeny studiu pomocí skenovací i transmisní elektronové mikroskopie, rentgen fluorescenční a rentgen difrakční práškové analýzy, FTIR spektroskopie a Ramanovy mikrospektroskopie a analýzou distribuce velikosti částic. Studované částice jsou majoritně tvořeny železem a jeho oxidy a uhlíkem. AP částice se mediánovou velikostí pohybují okolo 11-16 µm, NAP pak okolo 72-81 µm. Bylo ovšem detekováno i nezanedbatelné množství částic v nanorozměrech v obou studovaných frakcích. U vybraných vzorků byly provedeny také analýzy pomocí elektronové paramagnetické rezonance, analýza vodného výluhu a stanovení přítomných organických látek metodou plynové chromatografie. Na provedenou charakterizaci navázalo studium vlivu otěrových částic z brzd na biosystémy in vitro, což je druhým cílem této práce. Využity byly metody stanovení peroxidace lipidů a karbonylace proteinů pro posouzení schopnosti studovaných vzorků vyvolávat v organismech oxidační stres. Dále byla studována akutní akvatická toxicita pro sladkovodní zelenou řasu Raphidocelis subcapitata a ovlivnění klíčení, růstu kořene a raného růstu vyšších rostlin Hordeum vulgare a Sinapis alba suspenzí i výluhem z vybraných AP vzorků brzdových otěrů. Z výsledků těchto provedených testů vyplývá, že otěrové částice z brzd mají potenciál negativně ovlivňovat životní prostředí i organismy, které v něm žijí.
Urban Change Monitoring with Neural Networks and Deep-Temporal Remote Sensing Data
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2023) Zitzlsberger, Georg; Martinovič, Jan; Dvorský, Jiří; Štych, Přemysl; Boracchi, Giacomo
Remote sensing driven urban change detection and monitoring has been studied for over five decades. It is applied widely for understanding socio-economic impacts, identifying new settlements, or analyzing trends of urban sprawl. Many methods have evolved to detect such man-made changes and, with the recent advent of Deep Neural Networks (DNNs), have led to a rapid growth of approaches in the past years. The downside of these methods is their dependency on expensive high quality observations that require manual selection and pre-processing. Also adaptability or transfer to different regions and environments imposes non-trivial requirements on the data and methods. These aspects induce limitations in their practicability, scalability, and temporal resolution. In the present work, two supervised methods were introduced to enable urban change monitoring with a high temporal resolution and in-expensive large-scale low- to medium-resolution multi-modal level 1 data. The use of level 1 Synthetic Aperture Radar (SAR) and optical multispectral data required a resiliency of the methods to partial and irregular observations. This was addressed by the use of windowed time series with large but varying amount of observations, which is introduced as deep-temporal remote sensing data. The methods were separated into two stages. First, a DNN was pre-trained with a fully automatic process. It utilized synthetic but noisy labels, derived from the level 1 data, to monitor urban changes in each window. Second, transfer learning was applied to the pre-trained network to customize it for a target location. This was accomplished by providing a smaller set of labels, manually derived from few but publicly available Very High Resolution (VHR) observations. This process only required little manual efforts for the transfer stage through a novel window aggregation method. This simplified labeling still provided convergence during training and improved the overall monitoring performance.
Dynamics of cardiac electrophysiology models
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2023) Halfar, Radek; Lampart, Marek; Garcia Guirao, Juan Luis; Zelinka, Ivan; Málek, Michal
Cardiac arrhythmias are a widespread disease in the developed world, especially in the elderly population, and a leading cause of death. Their origin is very complex and difficult to predict. The causes of this disease are various. Irregular propagation of control signals in heart tissue can occur due to scarring of heart tissue after a heart attack, clogging of arteries in the heart, infection with COVID-19, etc. This work analyses the dynamic properties of cardiac electrophysiology and their changes during the pathophysiological propagation of electrical signals in the heart. Using nonlinear analysis of mathematical models of heart cells are found combinations of stimulation frequencies and amplitudes, at which chaotic responses of cardiac electrophysiology occur. Furthermore, the possibilities of using artificial intelligence to detect dangerous sites based on the spatial arrangement of scars in the heart are presented.
Modelling of transport properties of molecular ions of helium in air
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2022) Beseda, Martin; Kalus, René; Lasorne, Benjamin; Ciprian, Dalibor; Jurečka, Petr
This thesis is focused on modeling of the transport properties of helium-based cold plasma in the interaction with nitrogen in the atmosphere. The main focus of this thesis is on thorough description of molecular interactions. The obtained results are further passed into molecular dynamics simulations and mesoscopic models of transport properties. The interactions are obtained via ab initio approach, utilizing Multi-Configurational Self-Consistent Field and Multi-Reference Configuration Interaction methods together with Numerov method for solving Schroedinger equation when computing vibrational-rotational excitations. Molecular dynamics is being performed in a hybrid quantum-classical approach, as nuclei are being treated classically and electrons in a quantum manner. Furthermore, not only ab initio methods on-the-fly, but also Artificial Neural Networks are involved in the dynamics simulations to reduce necessary runtime for the most expensive parts. Transport properties of the collision complexes are modelled using Monte Carlo. In this thesis, a thorough analysis of the molecular interactions for the ground and the first excited states of N2+ and N2+/He is given, with respect to different basis sets, orbital spaces and methods. The behavior is evaluated not only for the values of potential energy, but also for different rotational-vibrational excitations of N2+ and the preliminary results are also provided for the higher excited states up to 11th one and the 7th one in the case of N2+ and N2+/He, respectively. Both reactive and non-reactive cross-sections were obtained from molecular dynamics simulations and compared subsequently with the pseudo-experimental data obtained from mobility measurements. In this context, also the effect of the N2+ horizontal alignment on the resulting cross-sections was analyzed in detail. Finally, the mesoscopic modeling part was focused on obtaining N2+ mobility, in He gas, the characteristic energies of both longitudinal and transversal diffusion and the rate constant of N2+ diffusion induced by collision with He. That said, while the topic is not exhausted in any way, these theoretical findings are already useful for further experimental research, helping with "tuning" cold plasma for specific applications.
Molecular Modeling of Nanostructured Materials
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2023) Verner, Adam; Tokarský, Jonáš; Pekař, Miloslav; Burda, Jaroslav; Kuráň, Pavel
With the unceasing interest of the scientific and commercial spheres in nanostructured materials, the demands for their more comprehensive characterization are increasing. This is often difficult or downright impossible using only conventional non-destructive chemical and physical analytical methods. In such cases, the experimental analysis can be supplemented with a molecular modeling method, which allows simulating the behavior of materials at the molecular level and thus clarifying the interactions without or with the time factor. In this dissertation, molecular modeling based on force fields is used to study interactions (surface functionalization or adsorption) in nanostructured materials. Geometry optimization was used to investigate the interactions of molecules and nanoparticles with different types of surfaces and subsequent determination of interaction energies, and molecular dynamics was used to develop the structure over time. All calculations were performed in the Materials Studio modeling environment. The work is focused on two areas – the first one is polymer nanofibrous membranes functionalized with molecules or nanoparticles, the second one studied the adsorption of molecules on porous materials. Attention is paid to surfaces formed by different crystallographic planes, both defectless and defective. In this work, a new modeling strategy is also described and used, allowing to investigate adsorption on activated carbon using simplified models based on the graphitic structure with the possibility of creating cavities and pores with well-defined dimensions and shapes. Modeling results were always correlated with experiment. The dissertation is an annotated set of five publications supplemented by one study in progress.
Photonic structures for optical sensors
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2022) Gryga, Michal; Ciprian, Dalibor; Kubínek, Roman; Petráček, Jiří; Hledík, Stanislav
This thesis deals with the numerical simulations of the optical response of multi-layered photonic structures - so called one-dimensional photonic crystals. Such structures support excitation of the Bloch surface waves. Emphasize is placed on the sensor performance of the structures. Both gaseous and liquid analytes are considered. Reflectance and transmittance spectra are calculated using transfer matrix method. Subsequently, the results of computations are compared with experimental ones. Next, a new method based on spectral interference of TE and TM polarized waves is presented. With use of this method, the resolution of the sensor is significantly improved. Direct comparison of sensors based on surface plasmon polaritons and Bloch surface waves is also addressed. Last but not least the properties of the cavity formed by two photonic crystals are investigated too.
Massively parallel implementation of algorithms for computer graphics
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2021) Jaroš, Milan; Kozubek, Tomáš; Gajdoš, Petr; Jaroš, Jiří; Kruis, Jaroslav
Computer graphics, since its inception in the 1960s, has made great progress. It has become part of everyday life. We can see it all around us, from smartwatches and smartphones, where graphic accelerators are already part of the chips and can render not only interactive menus but also demanding graphic applications, to laptops and personal computers as well as to high-performance visualization servers and supercomputers that can display demanding simulations in real time. In this dissertation we focus on one of the most computationally demanding area of computer graphics and that is the computation of global illumination. One of the most widely used methods for simulating global illumination is the path tracing method. Using this method, we can visualize, for example, scientific or medical data. The path tracing method can be accelerated using multiple graphical accelerators, which we will focus on in this work. We will present a solution for path tracing of massive scenes on multiple GPUs. Our approach analyzes the memory access pattern of the path tracer and defines how the scene data should be distributed across up to 16 GPUs with minimal performance impact. The key concept is that the parts of the scene that have the highest number of memory accesses are replicated across all GPUs. We present two methods for maximizing the performance of path tracing when dealing with partially distributed scene data. Both methods operate at the memory management level, and therefore the path tracing data structures do not need to be redesigned. We implemented this new out-of-core mechanism in the open-source Blender Cycles path tracer, which we also extended with technologies that support running on supercomputers and can take advantage of all accelerators allocated on multiple nodes. In this work, we also introduce a new service that uses our extended version of the Blender Cycles renderer to simplify sending and running jobs directly from Blender.
Analýza účinnosti deaglomerace nukleačního aditiva CNTs ve vodné disperzi a jeho vliv na solidifikace cementových past
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2022) Foldyna, Vladimír; Dvorský, Richard; Langová, Šárka; Reiterman, Pavel; Martinec, Petr
Spojení nových uhlíkatých materiálů, na příklad uhlíkových nanotrubiček, s tradičními stavebními hmotami, na příklad s cementovou pastou, je jeden ze způsobů, kterými jsou hledány moderní stavební materiály. Interakce křemíkatých stavebních hmot s uhlíkatým materiálem však není zajímavá pouze z materiálového hlediska, ale je i zajímavým teoreticky-chemickým problémem. Tato práce se zabývá optimalizací přípravy v laboratorním měřítku a základní materiálově-chemickou charakterizací kompozitů cementové pasty s uhlíkatými nanotrubičkami od firmy Yuri. Byly vyzkoušeny dvě metody dispergace uhlíkových nanotrubiček v cementové pastě. Na základě znalostí dispergace těchto nanotrubiček v křemíkatém materiálu byly vytvořeny vzorky betonů, malt a past. Betony a cementové pasty byly testovány na odolnost vůči erozi metodou vodního paprsku, a to za kontinuálního i pulzního režimu. Malty a betony byly dále hodnoceny z hlediska svých mechanických vlastností dle norem ČSN EN 1015-11, ČSN EN 12350-2, ČSN EN 12390 – 3 a ČSN EN 12390 – 5. Materiály byly dále zkoumány několika mikroskopickými metodami (SEM, TEM, STEM a Keyence) a dalšími materiálově-analytickými metodami. Uvedená data umožnila diskutovat souvislosti mezi mikroskopickou podobou materiálu a jeho mechanickými vlastnostmi. A ukázalo se, že uhlíkové nanotrubičky v mnoha případech tyto vlastnosti za optimálních podmínek zlepšují.
Thermodynamical stability and mechanical properties of tungsten based alloys
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2021) Farana, Michal; Legut, Dominik; Vítek, Aleš
Presented work investigates structural, mechanical, and thermodynamic properties and phase stability of binary tungsten-based alloys of chromium, molybdenum, and rhenium, using the first-principles calculations. It is motivated by the possibility that these alloys could be prospective candidates to replace pure tungsten in first wall applications in fusion reactors since pure tungsten is very susceptible to oxidation at temperatures above 800~K, and therefore needs to be alloyed with an element that would increase the oxidation resistance of the resulting material. Among the results are the thermodynamical instability of all analyzed alloys at 0~K. Properties known experimentally or theoretically had been verified by the work to show the correctness of used methods. The properties that were unknown had been calculated theoretically, especially for alloys of chromium and tungsten.
Real time series analysis in terms of predictability, entropy and chaos
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2021) Tomčala, Jiří; Lampart, Marek; Zelinka, Ivan; Málek, Michal; García Guirao, Juan Luis
This thesis focuses on the area of time series analysis in terms of entropy, complexity, predictability and chaos. It brings five new contributions in this area, which are briefly described in separate sections and further elaborated in detail in the attached original scientific publications of the author. They include the design of accelerating modifications of the well-known approximate entropy and sample entropy algorithms, their mutual comparison, and the development of the worldwide available software TSEntropies, which enables very fast calculation of their values. The thesis also contains an explanation of the occurrence of sudden changes in these values that occur in the analysis of some time series and a suggestion of ways to prevent them. Last but not least, it also includes an examination of the relationship between the level of complexity and predictability of time series by comparing the principles of their calculation methods and the waveforms of their values. In this thesis, both artificial test time series and, most importantly, actual real time series of supercomputer infrastructure power consumption were used.
Nuclear structure in the framework of microscopic and phenomenological models
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2021) Abolghasem, Mojgan; Alexa, Petr; Cejnar, Pavel; Kvasil, Jan; Nesterenko, Valentin O.
This work involves the study of shape and structural changes of heavy neutron-rich nuclei in the framework of different microscopic and macroscopic nuclear models. The mean field Skyrme Hartree-Fock (SHF) plus Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) treatment of pairing correlations and the beyond mean field Random Phase Approximation (RPA) represent the microscopic approach while the Algebraic Collective Model (ACM) serves as an example of a macroscopic approach. The work focuses on the systematics of binding energies in the chains of Te, Xe, Ba, Ce, and Nd isotopes beyond N = 82 with the aim of finding the Skyrme parametrization best fitting the experimental nuclear binding energies of the studied isotopes. We then investigate the evolution of quadrupole, octupole and hexadecapole deformation along the Te, Xe, Ba, and Ce isotopic chains within the SHF+BCS approach. The beyond mean field Skyrme-QRPA (quasiparticle RPA) enables in addition to study collective quadrupole and octupole vibrational states and even the position of the lowest 2+ rotational states in the isotopic chains. Another topic represents the investigation of single-neutron and single-proton states around the Fermi level along the Ce and Nd isotopic chains beyond N = 82 again within the SHF+BCS. From the macroscopic point of view, within the ACM, we investigate the basic properties of even-even xenon isotopes 128Xe and 130Xe, considered to be candidates for an E(5) transition from spherical to O(6)-like nuclei, and compared our results to those obtained using the SHF+BCS method.
Elektrostatické zvlákňovaní a charakterizace nanovlákenných vrstev na bázi derivátů kyseliny hyaluronové
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2021) Persichová, Kristina; Mamulová Kutláková, Kateřina; Kotzianová, Adéla; Skuhrovcová, Kristýna
Cílem bakalářské práce bylo připravit nanovlákenné vrstvy na bázi derivátů kyseliny hyaluronové metodou elektrostatického zvlákňování. K přípravě byly použity deriváty lauroyl hyaluronan a furanyl hyaluronan. V průběhu procesu elektrostatického zvlákňování bylo do vrstev inkorporováno modelové barvivo chlorofenolová červeň. Morfologie nanovlákenných vrstev byla charakterizována pomocí skenovací elektronové mikroskopie. Byla určena gramáž vrstev, botnavost vrstev v roztoku fosfátového pufru a bylo sledováno zachování nanovlákenné struktury. Byla stanovena enkapsulační účinnost modelového barviva. Kinetika uvolňování modelového barviva z polymerní matrice byla studována pomocí vsádkové metody s dialyzační membránou a uvolňováním barviva do gelu. Zvolená nanovlákenná matrice neměla na kinetiku uvolňování zásadní vliv. Vrstvy obsahující kyselinu hyaluronovou a lauroyl hyaluronan si oproti vrstvám obsahujícím furanyl hyaluronan nezachovaly nanovlákennou strukturu v roztoku fosfátového pufru, zachovaly si svou mechanickou pevnost a množství uvolněného barviva bylo nižší.
Kvantitativní stanovení amorfního podílu v krystalických materiálech použitím rentgenové práškové difrakce
(Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2021) Lipina, Adam; Mamulová Kutláková, Kateřina; Pyš, Jiří; Bardoňová, Lenka
Kvantitativní stanovení amorfního podílu v krystalických materiálech je v současné době neodmyslitelnou součástí mnoha odvětví průmyslu. Po úvodním pojednání o obecných základech rentgenového záření, teorii rentgenové difrakce a difrakčních metodách v první části bakalářské práce je dále pozornost věnována možnostem kvantitativního stanovení amorfního podílu pomocí dat z rentgenové práškové difrakční analýzy. Představeny jsou jednotlivé metody včetně principu jejich provedení a srovnání jejich předností či nedostatků. V závěrečné části práce je stanoven amorfní podíl ve vzorcích vysokopecní strusky, která vzniká jako vedlejší produkt metalurgických procesů. Ve snaze o udržitelný rozvoj s důrazem na eliminaci nežádoucích environmentálních vlivů se pro tyto odpadní materiály hledá nové materiálové využití. Pro své latentně hydraulické vlastnosti, které jsou silně závislé na hodnotě amorfního podílu, se strusky jeví jako vhodné substituenty či aditiva pojivových materiálů, zejména cementu. Uplatnění tak nacházejí především ve stavebním průmyslu.

Browse

Recent Submissions