Dwa solvery bezpośrednie i jeden solver iteracyjny są dostępne dla rozwiązania układu równań.
W analizie metodą elementu skończonego (FEA), problem jest przedstawiany jako układ równań algebraicznych, które muszą zostać rozwiązane równocześnie. Istnieją dwie klasy metod rozwiązania: bezpośrednia i iteracyjna.
Metody bezpośrednie rozwiązują równania przy użyciu dokładnych technik numerycznych. Metody iteracyjne rozwiązują równania przy użyciu technik przybliżeniowych, w których w każdej iteracji zakładane jest rozwiązanie i obliczane są skojarzone z nim błędy. Iteracje są powtarzane do czasu, gdy błędy osiągną wartości do przyjęcia.
Oprogramowanie oferuje następujące wybory:
| Automatyczne |
Oprogramowanie wybiera solver w oparciu o typ badania, opcje analizy, warunki kontaktu itp. Niektóre opcje i warunki stosują się tylko do jednego z solverów Direct Sparse lub FFEPlus. |
| Direct Sparse |
Wybrać Direct Sparse:
- W przypadku, gdy użytkownik posiada w komputerze wystarczającą ilość pamięci RAM i wiele procesorów.
- Przy rozwiązywaniu modeli z kontaktem Bez penetracji.
- Przy rozwiązywaniu modeli części z bardzo różnymi właściwościami materiału.
W celu przeprowadzenia liniowej analizy statycznej potrzeba 1 GB pamięci RAM na każde 200 000 stopni swobody. Solver Direct Sparse wymaga 10 razy więcej pamięci RAM niż solver FFEPlus.
|
| FFEPlus (iteracyjny) |
Solver FFEPlus wykorzystuje zaawansowane techniki porządkowania macierzy, dzięki czemu jest on efektywniejszy w przypadku dużych problemów. Generalnie solver FFEPlus jest szybszy przy rozwiązywaniu dużych problemów i staje się on bardziej efektywny wraz ze wzrostem rozmiarów problemu. Na każde 2 000 000 stopni swobody potrzeba 1 GB pamięci RAM.
|
| Large Problem Direct Sparse |
Dzięki wykorzystaniu udoskonalonych algorytmów alokacji pamięci solver Large Problem Direct Sparse może obsłużyć problemy symulacyjne, które przekraczają możliwości pamięci fizycznej komputera. Jeśli początkowo zostanie wybrany solver Direct Sparse i ze względu na ograniczone zasoby pamięci rozwiązanie problemu nie będzie możliwe, pojawi się komunikat ostrzegawczy informujący o konieczności zmiany solvera na Duży problem Direct Sparse.
Solver Large Problem Direct Sparse (LPDS) jest efektywniejszy niż solvery FFEPlus oraz Direct Sparse pod względem wykorzystywania wielu rdzeni.
|
| Intel Direct Sparse |
Solver Intel Direct Sparse jest dostępny dla badań statycznych, termicznych, częstotliwości, dynamicznych liniowych i nieliniowych. Dzięki wykorzystaniu udoskonalonych algorytmów alokacji pamięci i funkcji przetwarzania wielordzeniowego solver Intel Direct Sparse umożliwia szybsze rozwiązywanie problemów symulacji w rdzeniu.
|
Wybieranie solvera
Wybór automatyczny solvera jest opcją domyślną dla badań statycznych, częstotliwości, wyboczenia i termicznych.
W przypadku problemów kontaktu wielopowierzchniowego, gdzie powierzchnia kontaktu jest odnajdowana w drodze kilku iteracji kontaktowych, preferowany jest solver Direct Sparse.
Wszystkie solvery są efektywne dla niewielkich problemów (do 25 000 stopni swobody), jednakże w przypadku rozwiązywania dużych problemów różnice w wydajności (prędkości i użycia pamięci) mogą być znaczne.
Jeżeli solver wymaga większej ilości pamięci niż dostępna w komputerze, to wykorzystuje on przestrzeń dyskową do zapisania i odzyskania danych tymczasowych. Gdy taka sytuacja wystąpi, wyświetlany jest komunikat informujący, że rozwiązanie wykracza poza główną część systemu i postęp prac będzie wolniejszy. Jeżeli ilość danych do zapisania na dysku jest bardzo duża, postęp może być skrajnie powolny. W tych przypadkach (dla badań statycznych i nieliniowych), należy użyć solvera Large Problem Direct Sparse.
Poniższe czynniki pomogą w wyborze właściwego solvera:
| Rozmiar problemu |
Generalnie solver FFEPlus jest szybszy przy rozwiązywaniu problemów o liczbie stopni swobody (DOF) powyżej 100 000. Jest on bardziej efektywny ze wzrostem rozmiarów problemu. |
| Zasoby komputera: Dostępna pamięć RAM i liczba procesorów (rdzeni lub fizycznych procesorów) |
Solver Direct Sparse wymaga około 10 razy więcej pamięci RAM niż solver FFEPlus. Jest tym szybszy, im więcej pamięci jest dostępne w komputerze. Solver Large Problem Direct Sparse wykorzystuje przetwarzanie wielordzeniowe i poprawia prędkość rozwiązywania badań statycznych i nieliniowych. |
| Właściwości materiału |
Gdy współczynniki sprężystości materiałów użytych w modelu różnią się znacznie (jak np. stal i nylon), iteracyjne metody mogą być mniej dokładne od metod bezpośrednich. Solvery bezpośrednie są zalecane w takich przypadkach. |
| Operacje analizy |
Analiza z kontaktami bez penetracji i wiązanymi kontaktami wymuszonymi przez równania powiązań będzie zazwyczaj rozwiązywana szybciej przy użyciu solverów bezpośrednich. |
W zależności od typu badania mają zastosowanie następujące zalecenia:
| Statyczne |
W przypadku posiadania wystarczająco dużej ilości pamięci RAM i wielu procesorów należy używać solverów Direct Sparse i Large Problem Direct Sparse do rozwiązywania następujących problemów:
- Modele z kontaktem bez penetracji, zwłaszcza przy włączeniu efektu tarcia.
- Modele z częściami, które posiadają bardzo różne właściwości materiału.
- Modele z siatką mieszaną
W liniowej analizie statycznej solver Direct Sparse wymaga 1 GB pamięci RAM dla każdych 200 000 stopni swobody (DOF). Solver iteracyjny FFEPlus ma mniejsze wymagania odnośnie pamięci (około 2 000 000 stopni swobody/1 GB pamięci RAM).
|
| Częstotliwość i wyboczenia |
Solvera FFEPlus używać do obliczania modów ciała sztywnego. Ciało bez jakichkolwiek umocowań posiada sześć modów ciała sztywnego.
Solvera Direct Sparse używać do następujących problemów:
- Uwzględnianie wpływu obciążenia na częstotliwości drgań własnych
- Modele z częściami, które posiadają bardzo różne właściwości materiału.
- Modele z niekompatybilną siatką umocowaną za pomocą równań powiązań.
- Dodawanie miękkich sprężyn do stabilizacji niewystarczająco wspartych modeli (badania wyboczenia).
Symulacja wykorzystuje iterację podobszaru jako metodę wyodrębniania wartości własnych dla solvera Direct Sparse i metodę Lanczos dla solvera FFEPlus. Użycie Lanczos z solverami iteracyjnymi, takimi jak FFEPlus, jest wydajniejsze. Podobszar może wykorzystywać zamiennik przedni lub tylny solverów Direct (Sparse) w ramach jego pętli iteracji w celu oszacowania wektorów własnych (wymaga tylko jednokrotnego rozłożenia macierzy). Jest to niemożliwe przy solverach iteracyjnych.
|
| Termiczne |
Problemy termiczne posiadają jeden stopień swobody (DOF) na węzeł, a co za tym idzie ich rozwiązanie jest zwykle znacznie szybsze niż problemów strukturalnych z taką samą liczbą węzłów. Dla bardzo dużych problemów (więcej niż 500,00 dof), należy użyć solvera Large Problem Direct Sparse lub FFEPlus. |
| Nieliniowe |
Dla badań nieliniowych modeli, które posiadają ponad 50 000 stopni swobody, aby uzyskać rozwiązanie w krótszym czasie efektywniejsze jest użycie solvera FFEPlus. Solver Large Problem Direct Sparse może obsłużyć przypadki, w których rozwiązanie wykracza poza głównączęść systemu. |
Stan Solvera
Okno Stan Solvera pojawia się przy uruchomieniu badania. Dodatkowo do informacji postępu wyświetla ono:
- Użycie pamięci
- Upłynęło czasu
- Informacje specyficzne dla badania takie jak stopnie swobody, liczba węzłów, liczba elementów
- Informacje solvera takie jak typ solvera
- Ostrzeżenia
Wszystkie badania używające solvera FFEPlus (iteracyjny) pozwalają na uzyskanie dostępu do wykresu konwergencji oraz parametrów solvera. Wykres konwergencji pomaga w wizualizacji konwergencji rozwiązania. Parametry solvera pozwalają na manipulowanie iteracjami solvera tak aby można było poprawić dokładność lub poprawić szybkość z mniej dokładnymi wynikami. Mona użyć wstępnie ustalonych wartości solvera lub zmienić:
- Maksymalna dozwolona liczba iteracji (P1)
- Próg zatrzymujący (P2)
Aby poprawić dokładność, należy zmniejszyć wartość progu zatrzymującego. W wolno zbiegających się sytuacjach, można poprawić szybkość; z mniej dokładnymi wynikami poprzez zwiększenie wartości progu zatrzymującego lub zmniejszenie maksymalnej liczby iteracji.