Solutori di analisi

Per la soluzione del gruppo di equazioni sono disponibili tre solutori diretti e un solutore iterativo.

Nell'analisi agli elementi finiti, un problema è rappresentato da una serie di equazioni algebriche che devono essere risolte simultaneamente. I metodi di soluzione sono suddivisi in due classi: diretti e iterativi.

I metodi diretti risolvono le equazioni utilizzando tecniche numeriche esatte. I metodi iterativi risolvono le equazioni utilizzando tecniche approssimative dove ad ogni iterazione si presume una soluzione e gli errori associati sono valutati. Le iterazioni continuano fino a quando gli errori rientrano nei limiti accettabili.

Il software offre le seguenti scelte:

Automatico Il software seleziona il solutore in base al tipo di studio, alle opzioni di analisi, alle condizioni di contatto, ecc. Alcune opzioni e condizioni sono applicabili solo al Direct Sparse o al FFEPlus.
Diretto per matrici sparse Selezionare Direct Sparse:
  • quando si dispone di sufficiente RAM e CPU multiple sulla propria macchina.
  • durante la risoluzione dei modelli con il tipo di contatto Senza compenetrazione.
  • durante la risoluzione dei modelli di parti con proprietà del materiale molto diverse.
Per l'analisi lineare statica, è necessario 1 GB di RAM ogni 200.000 dof. Il rapporto tra il numero di equazioni (dof) e i requisiti di memoria non è lineare. Per i requisiti di archiviazione dati più complessi (dimensioni allocate delle matrici), la RAM è impostata per essere proporzionale alla seconda potenza del numero di equazioni (dof).
FFEPlus (iterativo) Il solutore FFEPlus utilizza tecniche avanzate di riordinamento delle matrici per una maggiore efficienza in caso di problemi complessi. In generale, il solutore FFEPlus è più rapido nella soluzione di problemi complessi e diventa tanto più efficiente quanto più il problema si ingrandisce (fino alla quantità massima di memoria disponibile).
È necessario 1 GB di RAM ogni 2.000.000 dof. In generale, il solutore FFEPlus richiede meno RAM rispetto ai solutori Direct Sparse e Intel Direct Sparse.
Solutore diretto per matrici sparse per grandi problemi Utilizzando algoritmi di allocazione della memoria migliorati, il solutore Large Problem Direct Sparse è in grado di gestire problemi di simulazione che superano la memoria fisica del computer.

Se inizialmente si seleziona il solutore Diretto per matrici sparse e a causa di risorse di memoria limitate si raggiunge una soluzione fuori fase, un messaggio di avvertimento segnala che è necessario passare a Large Problem Direct Sparse (Solutore diretto per matrici sparse per grandi problemi).

I solutori Direct Sparse e Intel Direct Sparse sono più efficienti nello sfruttare più core rispetto ai solutori FFEPlus e Direct Sparse.
Intel Direct Sparse Il solutore Intel Direct Sparse è disponibile per gli studi statici, termici, di frequenza, dinamici lineari, non lineari e topologici.
Utilizzando algoritmi di allocazione della memoria migliorati e funzionalità di elaborazione multi-core, il solutore Intel Direct Sparse migliora le velocità di risoluzione dei problemi di simulazione che vengono risolti in-core.
Nella maggior parte dei casi, il solutore Intel Direct Sparse è più veloce del solutore Direct Sparse. Quando la dimensione del modello supera la quantità massima di memoria disponibile, il solutore più efficiente è Large Problem Direct Sparse.
I solutori Direct Sparse e Intel Direct Sparse sono più efficienti nello sfruttare più core.

Scelta di un solutore

Automatico è la scelta di default per il solutore negli studi statici, di frequenza, del carico di punta e termici.

Con problemi di contatto in più aree, dove l'area di contatto viene identificata da diverse iterazione, è preferibile il solutore Diretto per matrici sparse.

Mentre tutti i solutori sono efficienti per risolvere piccoli problemi (25.000 gradi di libertà al massimo), grandi sono le differenze nelle prestazioni (velocità e utilizzo della memoria) nella soluzione di problemi ingenti.

Se un solutore richiede più memoria di quella disponibile sul computer, utilizza lo spazio disco per archiviare e recuperare i dati temporanei. In tal caso, l'utente riceve un messaggio per indicare che la soluzione sta sconfinando dall'obiettivo e l'avanzamento della soluzione si rallenta. Se il quantitativo di dati da salvare sul disco è eccessivo, l'avanzamento della soluzione può rallentare notevolmente. In questi casi (per gli studi statici e non lineari), usare il solutore Diretto per matrici sparse per grandi problemi.

I seguenti fattori aiutano a scegliere il solutore appropriato:

Entità del problema In generale, il solutore FFEPlus è più rapido nella soluzione di problemi con gradi di libertà superiori a 100.000. Questo solutore è tanto più efficiente quanto il problema si ingrandisce.
Risorse del computer: RAM e numero di CPU (core o processori) disponibili Il solutore Diretto per matrici sparse richiede una quantità di RAM di circa 10 volte superiore rispetto al solutore FFEPlus. Diventa più veloce se è disponibile più memoria nel computer. Il solutore Diretto per matrici sparse per grandi problemi utilizza la funzionalità di elaborazione multicore e migliora la velocità di soluzione per gli studi statici e non lineari.
Proprietà del materiale Quando i moduli di elasticità dei materiali usati in un modello sono molto diversi (ad esempio Acciaio e Nylon), i metodi iterativi potrebbero essere meno esatti rispetto a quelli diretti. In questi casi si consigliano i solutori diretti.
Caratteristiche dell'analisi L'analisi con i contatti senza compenetrazione e i contatti uniti applicata usando le equazioni dei vincoli si risolve in genere più velocemente con i solutori diretti.

A seconda del tipo di studio, valgono le raccomandazioni seguenti:

Statico Utilizzare i solutori Direct Sparse e Large Problem Direct Sparse quando si dispone di RAM sufficiente e di più CPU per risolvere:
  • I modelli con il contatto senza compenetrazione, soprattutto quando si attivano gli effetti di attrito.
  • I modelli con parti che presentano proprietà del materiale molto diverse.
  • Modelli con mesh mista
    Per un'analisi statica lineare, il solutore Direct Sparse richiede 1 GB di RAM ogni 200.000 gradi di libertà (dof). Il solutore iterativo FFEPlus richiede meno memoria (circa 2.000.000 dof/1 GB di RAM).
Frequenza e carico di punta

Usare il solutore FFEPlus per calcolare qualsiasi modo del corpo rigido. Un corpo senza vincoli ha sei modi del corpo rigido.

Utilizzare i solutori Direct Sparse e Intel Direct Sparse per:
  • Valutare l'effetto del carico sulle frequenze naturali
  • I modelli con parti che presentano proprietà del materiale molto diverse.
  • I modelli in cui la mesh incompatibile è unita usando le equazioni dei vincoli.
  • Aggiungere molle morbide per stabilizzare i modelli supportati in modo inadeguato (studi del carico di punta).

Simulation utilizza il metodo di iterazione Subspace come metodo di estrazione dell'autovalore per il solutore Direct Sparse e il metodo Lanczos per i solutori FFEPlus e Large Problem Direct Sparse. Il metodo Lanczos è più efficiente con i solutori iterativi come FFEPlus.

Il metodo Subspace può utilizzare la sostituzione avanti e indietro dei solutori diretti (Direct Sparse) all'interno del proprio ciclo di iterazioni per valutare gli autovettori (deve decomporre la matrice solo una volta). Questo non è possibile con i solutori iterativi.
Termico I problemi termici hanno un grado di libertà (DOF) per nodo, quindi la loro risoluzione è in genere molto più rapida rispetto ai problemi strutturali dello stesso numero di nodi. Per i problemi molto grandi (più di 500,00 dof), utilizzare il solutore FFEPlus.
Non lineare Per gli studi non lineari di modelli con gradi di libertà in numero superiore a 50.000, il solutore FFEPlus è più efficace e genera una soluzione in poco tempo. Il solutore Diretto per matrici sparse per grandi problemi può gestire casi in cui la soluzione sta sconfinando dall'obiettivo.

Stato del solver

Viene visualizzata la finestra Stato del solver quando si esegue uno studio. Inoltre, per fare avanzare le informazioni, apparirà:

  • uso di memoria
  • Tempo trascorso
  • Informazioni specifiche di studio come i gradi di libertà, il numero di nodi, il numero di elementi
  • Le informazioni del solver come un tipo di solver
  • Avvertimenti

Il solutore Intel Direct Sparse non fornisce un rapporto sullo stato di avanzamento del solutore.

Tutti gli studi che utilizzano il solutore (iterativo) FFEPlus (ad eccezione di frequenza e carico di punta) consentono di accedere al grafico di convergenza e ai parametri del solutore. Il grafico di convergenza aiuta a visualizzare il modo in cui la soluzione converge. I parametri del solutore consentono di manipolare le iterazioni del solutore per migliorare la precisione o la velocità. È possibile utilizzare i valori preimpostati del solutore, oppure modificare:

  • Numero massimo di iterazioni (P1)
  • Soglia di interruzione (P2)

Per migliorare la precisione, diminuire il valore della soglia di interruzione. Nelle situazioni di convergenza lenta, è possibile migliorare la velocità aumentando il valore della soglia di interruzione o diminuendo il numero massimo di iterazioni (con la consapevolezza che ciò potrebbe influire sulla precisione dei risultati).