Solvery analizy

Do rozwiązywania układu równań są dostępne trzy solvery bezpośrednie i jeden solver iteracyjny.

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. Zależność między liczbą równań (stopni swobody) i wymaganiami dotyczącymi pamięci nie jest liniowa. W przypadku najbardziej wymagających zadań z zakresu przechowywania danych (przydzielany rozmiar macierzy) pamięć RAM jest określana proporcjonalnie do drugiej potęgi liczby równań (stopni swobody).
FFEPlus (iteracyjny) Solver FFEPlus wykorzystuje zaawansowane techniki porządkowania macierzy, dzięki czemu jest on efektywniejszy w przypadku dużych problemów. Solver FFEPlus jest zazwyczaj szybszy przy rozwiązywaniu dużych problemów i staje się bardziej efektywny wraz ze wzrostem rozmiarów problemu (do maksimum dostępnej pamięci).
Na każde 2 000 000 stopni swobody potrzeba 1 GB pamięci RAM. Zasadniczo solver FFEPlus wymaga mniej pamięci RAM niż solvery Direct Sparse i Intel Direct Sparse.
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.

Solvery Direct Sparse i Intel Direct Sparse lepiej wykorzystują potencjał wielu rdzeni procesora niż solvery FFEPlus oraz Direct Sparse.
Intel Direct Sparse Solver Intel Direct Sparse jest dostępny dla badań statycznych, termicznych, częstotliwości, dynamicznych liniowych, nieliniowych i topologii.
Dzięki wykorzystaniu udoskonalonych algorytmów alokacji pamięci i funkcji przetwarzania wielordzeniowego solver Intel Direct Sparse umożliwia szybsze rozwiązywanie problemów symulacji w rdzeniu.
W większości przypadków solver Intel Direct Sparse jest szybszy niż Direct Sparse. Jeśli rozmiar modelu przekracza maksymalną dostępną pamięć, najbardziej efektywny jest solver Large Problem Direct Sparse.
Solvery Direct Sparse i Intel Direct Sparse lepiej wykorzystują możliwości procesorów wielordzeniowych.

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 co do 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.

Solverów Direct Sparse i Intel Direct Sparse należy używać do:
  • 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).

Program Simulation wykorzystuje iterację podobszaru jako metodę wyodrębniania wartości własnych dla solvera Direct Sparse i metodę Lanczos dla solverów FFEPlus oraz Large Problem Direct Sparse. 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. W przypadku bardzo dużych problemów (ponad 500 stopni swobody) skorzystaj z solvera 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

Solver Intel Direct Sparse nie informuje o postępie pracy.

Wszystkie badania (nie licząc badań częstotliwości i wyboczenia) używające solvera FFEPlus (iteracyjnego) pozwalają na uzyskanie dostępu do wykresu zbieżności oraz parametrów solvera. Wykres konwergencji pomaga w wizualizacji konwergencji rozwiązania. Parametry solvera pozwalają na manipulowanie iteracjami solvera tak, aby można było zwiększyć dokładność lub szybkość. Można użyć wstępnie ustalonych wartości solvera lub je zmienić:

  • Maksymalna dozwolona liczba iteracji (P1)
  • Próg zatrzymujący (P2)

Aby poprawić dokładność, należy zmniejszyć wartość progu zatrzymującego. W sytuacjach, w których do uzyskania zbieżności potrzeba sporo czasu, można zwiększyć prędkość poprzez zwiększenie wartości progowej lub zmniejszenie maksymalnej liczby powtórzeń (przy czym należy pamiętać, że może to mieć wpływ na dokładność wyników).