Zwei direkte Solver und ein iterativer Solver stehen für die Lösung des Gleichungssatzes zur Verfügung.
Bei der Finite-Elemente-Analyse wird ein Problem durch eine Reihe von algebraischen Gleichungen dargestellt, die gleichzeitig gelöst werden müssen. Es gibt zwei Klassen von Lösungsverfahren: direkte und iterative Verfahren.
Direkte Verfahren lösen die Gleichungen mittels genauer numerischer Methoden. Iterative Verfahren lösen die Gleichungen mittels Näherungsmethoden, wobei bei jeder Iteration eine Lösung angenommen wird und die mit ihr verbundenen Fehler bewertet werden. Es werden so viele Iterationen durchgeführt, bis die Fehlerzahl akzeptabel ist.
Die Software bietet Ihnen folgende Optionen:
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Automatisch
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Die Software wählt den Gleichungslöser auf Grundlage von Studientyp, Analyseoptionen, Kontaktbedingungen usw. Einige Optionen und Bedingungen sind entweder nur für den direkten Gleichungslöser oder für FFEPlus gültig. |
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Direkter Gleichungslöser
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Wählen Sie den Direct Sparse-Gleichungslöser aus:- wenn Sie über ausreichend Arbeitsspeicher (RAM) und mehrere CPUs auf Ihrem Rechner verfügen.
- wenn Sie Modelle mit dem Kontakttyp "Keine Penetration" lösen.
- wenn Sie Modelle von Teilen mit allgemein anderen Materialeigenschaften lösen.
Für lineare statische Analysen benötigen Sie pro 200.000 Freiheitsgrade 1 Gbit RAM. Der Direct Sparse-Gleichungslöser benötigt zehnmal mehr RAM als der FFEPlus-Gleichungslöser.
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FFEPlus (iterativ)
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Der FFEPlus-Gleichungslöser verwendet hochentwickelte Matrix-Neuordnungstechniken, die ihn für komplexe Probleme effizienter machen. Im Allgemeinen ist FFEPlus schneller beim Lösen komplexerer Probleme und wird effizienter, je größer das Problem ist. Pro 2.000.000 Freiheitsgrade benötigen Sie 1 Gbit RAM.
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Direct Sparse mit großem Problem
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Durch Einsatz verbesserter Speicherzuordnungsalgorithmen kann der umfassende Direct Sparse-Gleichungslöser Simulationsprobleme behandeln, die den physischen Speicher Ihres Computers überschreiten. Wenn Sie den Löser Direct Sparse zum ersten Mal auswählen und er aufgrund begrenzter Speicherressourcen eine Out-of-Core-Lösung erreicht hat, werden Sie in einer Warnmeldung aufgefordert, zu Direct Sparse mit großem Problem umzuschalten.
Der Large Problem Direct Sparse-Gleichungslöser (LPDS) ist bei der Nutzung mehrerer Kerne effizienter als die FFEPlus- und Direct Sparse-Gleichungslöser.
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Intel Direct Sparse
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Der Intel Direct Sparse-Gleichungslöser ist für statische, thermale, Frequenz-, lineare dynamische und nicht lineare Studien verfügbar. Durch Einsatz von verbesserten Speicherzuordnungsalgorithmen und Multi-Core-Verarbeitungsfähigkeit verbessert der Intel Direct Sparse-Gleichungslöser die Lösungsgeschwindigkeiten für Simulationsprobleme, die im Kern gelöst werden.
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Auswählen eines Gleichungslösers
Die Option Automatisch für die Auswahl des Gleichungslösers ist die Standardauswahl für statische, Frequenz-, Knick- und thermische Studien.
Im Fall von Mehrbereichs-Kontaktproblemen, in denen der Kontaktbereich durch mehrere Kontaktiterationen gefunden wird, wird der direkte Gleichungslöser bevorzugt.
Während alle Gleichungslöser bei kleineren Problemen (25.000 DOFs oder weniger) effizient funktionieren, kann es bei der Lösung von größeren Problemen zu erheblichen Leistungsunterschieden (Geschwindigkeit und Speicherauslastung) kommen.
Wenn ein Gleichungslöser mehr Arbeitsspeicher benötigt, als auf dem Computer verfügbar ist, verwendet er zum Speichern und Abrufen temporärer Daten Festplattenspeicher. In diesem Fall wird eine Meldung angezeigt, die Sie darüber informiert, dass die Lösung den Kernspeicher verlässt und sich der Lösungsprozess verlangsamt. Müssen sehr viele Daten auf die Festplatte geschrieben werden, kann der Lösungsprozess sehr langsam sein. Verwenden Sie in diesen Fällen (für statische und nicht lineare Studien) den Direct Sparse mit großem Problem.
Die folgenden Faktoren unterstützen Sie bei der Auswahl des geeigneten Gleichungslösers:
| Größe des Problems |
Im Allgemeinen ist FFEPlus schneller bei der Lösung von Problemen mit über 100.000 Freiheitsgraden (DOF). Dieser Gleichungslöser ist umso effizienter, je größer das Problem ist. |
| Computer-Ressourcen: Verfügbarer RAM und Anzahl der CPUs (Kern oder Prozessoren) |
Der Direct Sparse Solver erfordert ca. 10 Mal mehr RAM als der FFEPlus Solver. Je mehr Speicher auf Ihrem Computer verfügbar ist, desto schneller wird er. Der Direct Sparse mit großem Problem nutzt Multicore-Processing-Funktionen und verbessert die Lösungsgeschwindigkeit für statische und nicht lineare Studien. |
| Materialeigenschaften |
Wenn die Elastizitätsmodule der in einem Modell verwendeten Materialien in hohem Maße voneinander abweichen (wie etwa bei Stahl und Nylon), können iterative Methoden weniger präzise als direkte Methoden sein. In solchen Fällen empfiehlt sich die Verwendung von direkten Solvern. |
| Analyse-Features |
Die Analyse mit forcierten Kontakttypen „Keine Penetration“ und „Verbunden“, die Zwangsbedingungsgleichungen verwenden, führt in der Regel mit den direkten Solvern zu einer schnelleren Lösung. |
In Abhängigkeit vom Studientyp gelten die folgenden Empfehlungen:
| Static |
Verwenden Sie den Direct Sparse Solver und den Direct Sparse mit großem Problem, wenn Sie ausreichend RAM und mehrere CPUs für die Lösung von folgenden Modellen zur Verfügung haben:- Modelle mit den Kontakttypen „Keine Penetration“, insbesondere wenn Sie die Reibungswirkungen einschalten.
- Modelle mit Teilen, die allgemein andere Materialeigenschaften haben.
- Modelle „Gemischtes Netz“
Für eine lineare statische Analyse erfordert der Direct Sparse Solver 1 Gbit RAM pro 200.000 Freiheitsgrade. Der iterative FFEPlus Gleichungslöser benötigt weniger Speicher (ca. 2.000.000 Freiheitsgrade/1 Gbit RAM).
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| Frequenz- und Knickanalysen |
Verwenden Sie den FFEPlus Solver, um Starrkörperformen zu berechnen. Ein Körper ohne Lager hat sechs Starrkörperformen.
Verwenden Sie den Direct Sparse Solver für Folgendes:- Die Berücksichtigung der Auswirkung der Last auf die natürlichen Frequenzen
- Modelle mit Teilen, die allgemein andere Materialeigenschaften haben.
- Modelle, bei denen inkompatibles Netz unter Verwendung von Zwangsbedingungsgleichungen verbunden ist.
- Das Hinzufügen weicher Federn zur Stabilisierung nicht ausreichend gelagerter Modelle (Knickstudien).
Die Simulation verwendet die Unterraum-Iterationsmethode als die Eigenwertextraktionsmethode für den Direct Sparse Solver und die Lanczos-Methode für den FFEPlus Solver. Es ist effizienter, Lanczos mit iterativen Solvern wie FFEPlus zu verwenden. Der Unterraum kann die Vor- und Rückwärtssubstitution der Direct Sparse Solver innerhalb seines Iterationsloops verwenden, um die Eigenvektoren zu evaluieren (muss die Matrix nur einmal auflösen). Das ist mit iterativen Solvern nicht möglich.
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| Thermisch |
Thermische Probleme haben einen Freiheitsgrad pro Knoten. Deshalb erfolgt ihre Lösung meist viel schneller als die von strukturellen Problemen der gleichen Anzahl von Knoten. Verwenden Sie für sehr große Probleme (größer als 500,00 Freiheitsgrade) den Direct Sparse mit großem Problem oder den FFEPlus Solver. |
| Nicht-linear |
Für nicht-lineare Studien von Modellen mit weniger als 50.000 Freiheitsgraden ist der FFEPlus Gleichungslöser effektiver, d. h. er gibt eine Lösung in kürzerer Zeit heraus. Der Large Problem Direct Sparse Solver kann Fälle behandeln, bei denen die Lösung den Kernspeicher verlässt. |
Solver-Status
Das Solver-Status-Fenster wird angezeigt, wenn Sie eine Studie ausführen. Neben den Verlaufsinformationen zeigt es Folgendes an:
- Speichernutzung
- Verstrichene Zeit
- Studienspezifische Informationen wie Freiheitsgrade, Anzahl der Knoten, Anzahl der Elemente
- Solver-Informationen wie Solver-Typ
- Warnungen
Bei allen Studien, bei denen der FFEPlus (iterative) Solver verwendet wird, können Sie auf die Konvergenzdarstellung und Solver-Parameter zugreifen. Die Konvergenzdarstellung hilft bei der Visualisierung der Konvergierung der Lösung. Die Solver-Parameter ermöglichen die Manipulation der Solver-Iterationen, so dass Sie entweder die Genauigkeit oder die Geschwindigkeit mit weniger genauen Ergebnissen verbessern können. Sie können die voreingestellten Solver-Werte verwenden oder Folgendes ändern:
- Maximal Anzahl von Iterationen (P1)
- Stoppschwelle (P2)
Verringern Sie zur Erhöhung der Genauigkeit den Wert der Stoppschwelle. Bei langsamen Konvergierungen können Sie die Geschwindigkeit mit weniger genauen Ergebnissen verbessern, indem Sie den Stoppschwellenwert erhöhen oder die maximale Anzahl der Iterationen reduzieren.