Solvers de análise

Três solvers diretos e um solver interativo estão disponíveis para a solução do conjunto de equações.

Em uma análise de elementos finitos, um problema é representado por um conjunto de equações algébricas que devem ser resolvidas simultaneamente. Há dois tipos de métodos de solução: direto e interativo.

Os métodos diretos resolvem as equações usando técnicas numéricas exatas. Os métodos iterativos resolvem as equações usando técnicas de aproximação nas quais, em cada iteração, uma solução é pressuposta e os erros associados são avaliados. As iterações continuam até que os erros tornem-se aceitáveis.

O software oferece as seguintes opções:

Automático O software seleciona o solver com base no tipo de estudo, opções de análise, condições de contato, etc. Algumas opções e condições só se aplicam diretamente aos solvers Direct Sparse e FFEPlus.
Direct Sparse Selecione o Direct Sparse:
  • quando tiver memória RAM suficiente e várias CPUs em seu computador.
  • durante a solução de modelos com contato de não penetração.
  • durante a solução de modelos de peças com propriedades de material muito diferentes.
Para cada 200.000 dofs, é necessário 1 GB de memória RAM para análise estática linear. A relação entre o número de equações (dofs) e o requisito de memória não é linear. Para os mais exigentes requisitos de armazenamento de dados (tamanho alocado das matrizes), a RAM deve ser definida para ser proporcional à segunda potência do número de equações (dofs).
FFEPlus (iterativo) O FFEPlus usa técnicas avançadas de reordenação de matrizes que o tornam mais eficiente para grandes problemas. Em geral, o FFEPlus é mais rápido na solução de grandes problemas e torna-se mais eficiente à medida que o problema se torna maior (até o máximo de memória disponível).
Para cada 2.000.000 dofs, é necessário 1 GB de memória RAM. Em geral, o solver FFEPlus requer menos memória RAM que os solvers Direct Sparse e Intel Direct Sparse.
Direct Sparse com problema complexo Ao aproveitar os algoritmos de alocação de memória aprimorados, o solver do Direct Sparce para grandes problemas pode processar a simulação de problemas que excedem a memória física do seu computador.

Se você inicialmente selecionar o solver Direct Sparse e, devido aos limitados recursos de memória, ele alcançar uma solução out-of-core, uma mensagem de aviso alerta a fim de alternar para a Direct Sparse Grande problema.

Os solvers Direct Sparse e Intel Direct Sparse são mais eficientes que os solvers FFEPlus e Direct Sparse no aproveitamento de vários núcleos.
Intel Direct Sparse O solver Intel Direct Sparse está disponível para estudos estáticos, térmicos, de frequência, dinâmicos lineares, não lineares e de topologia.
Utilizando os algoritmos aprimorados de alocação de memória e a capacidade de processamento multi-core, o solver Intel Direct Sparse aumenta as velocidades de solução para problemas de simulação que são resolvidos no núcleo.
Na maioria dos casos, o solver Intel Direct Sparse é mais rápido que o Direct Sparse. Quando o tamanho do modelo excede o máximo de memória disponível, o Large Problem Direct Sparse é o solver mais eficiente.
Os solvers Direct Sparse e Intel Direct Sparse são mais eficientes no aproveitamento de vários núcleos.

Escolher o Solver

A opção de solver Automático é predeterminada para estudos estáticos, de frequência, de flambagem e térmicos.

No caso de problemas de contato com várias áreas, onde a área de contato é encontrada por meio de várias iterações de contato, o Solver Direct Sparse é o preferido.

Embora os dois solvers sejam eficientes para problemas pequenos (25.000 DOFs ou menos), pode haver grandes diferenças de desempenho (velocidade e uso de memória) na resolução de grandes problemas.

Se o solver exigir mais memória que a disponível no computador, ele usará espaço em disco para armazenar e recuperar dados temporários. Quando isso acontece, o sistema exibe uma mensagem informando que a solução será deslocada da memória central para a periférica e seu progresso é desacelerado. Se a quantidade de dados gravados em disco for muito grande, o progresso pode se tornar extremamente lento. Nesses casos (em estudos estáticos e não lineares), use o Direct Sparse para grandes problemas.

Os seguintes fatores o ajudam a escolher o solver mais apropriado:

Tamanho do problema. Em geral, o FFEPlus é mais rápido para resolver problemas com graus de liberdade (DOF) superiores a 100.000. Esta técnica será mais eficiente quanto maior for o problema.
Recursos computacionais: Memória RAM disponível e número de CPUs (núcleo ou processadores) O solver Direct Sparse requer cerca de 10 vezes mais memória RAM do que o solver FFEPlus. Ele se torna mais rápido quando a memória do computador é maior. O Direct Sparse para grandes problemas utiliza a capacidade de processamento multicore e melhora a velocidade de solução para estudos estáticos e não lineares.
Propriedades do material Quando os módulos de elasticidade dos materiais usados em um modelo forem muito diferentes (como Aço e Náilon), os métodos iterativos podem ser menos precisos do que os métodos diretos. Os solvers Direct são recomendados nesses casos.
Recursos de análise A análise com contatos Sem penetração e Unido impostos por meio das equações de restrição será normalmente resolvida mais rápido com os solvers Direct.

Dependendo do tipo de estudo, as seguintes recomendações se aplicam:

Estático Use o Direct Sparse e o Direct Sparse para grandes problemas quando tiver memória RAM suficiente e várias CPUS para a solução de:
  • Modelos com contato Sem penetração, especialmente quando você ativar os efeitos de atrito.
  • Modelos com as peças que têm propriedades do material bastante diferentes.
  • Modelos de malha mista
    Para uma análise estática linear, o solver Direct Sparse requer 1 GB de RAM para cada 200.000 graus de liberdade (dofs). O solver FFEPlus iterativo requer menos memória (aproximadamente 2.000.000 dofs e 1 GB de RAM).
Frequência e flambagem

Use o solver FFEPlus para o cálculo de todas as modos de corpo rígido. Um corpo sem nenhuma restrição apresenta seis modos de corpo rígido.

Use os solvers Direct Sparse e Intel Direct Sparse para:
  • Levar em consideração o efeito do carregamento nas frequências naturais
  • Modelos com as peças que têm propriedades do material bastante diferentes.
  • Modelos em que a malha incompatível é unida com as equações de restrição.
  • Adicionar molas suaves para estabilizar modelos sem suporte adequado (estudos de flambagem).

O Simulation usa o método de iteração de Subespaço como o método de extração autovalor para o solver Direct Sparse, e o método Lanczos para os solvers FFEPlus e Large Problem Direct Sparse. É mais eficiente utilizar o Lanczos com solvers iterativos, como o FFEPlus.

O Subespaço pode utilizar a substituição de ida e de volta dos solvers Direct (Sparse) em seu loop de iteração para avaliar os autovetores (só precisa decompor a matriz uma vez). Isso não é possível com solvers iterativos.
Térmico Os problemas térmicos têm um grau de liberdade (DOF) por nó e, portanto, sua solução é geralmente muito mais rápida do que problemas estruturais do mesmo número de nós. Para problemas muito grandes (maiores que 500,00 DOFs), use o solver FFEPlus.
Não linear Para estudos não lineares de modelos que possuem mais do que 50.000 graus de liberdade, o Solver FFEPlus é mais eficaz na resolução do problema em menos tempo. O solver Direct Sparce para grandes problemas pode tratar casos em que a solução esteja ficando fora do núcleo.

Status do Solver

A janela Status do Solver é exibida quando você executa um estudo. Além das informações de andamento do processo, ela contém informações sobre:

  • Uso da memória
  • Tempo decorrido
  • Informações específicas do estudo, como graus de liberdade, número de nós e número de elementos
  • Informações do solver, como o tipo que está sendo usado
  • Avisos

O solver Intel Direct Sparse não fornece o status de relatório de andamento de um solver.

Todos os estudos que usam o solver FFEPlus (iterativo, exceto frequência e flambagem) permitem acessar a plotagem de convergência e os parâmetros do solver. A plotagem de convergência ajuda a visualizar como a solução está convergindo. Os parâmetros do solver permitem manipular as iterações dele para que você possa melhorar a precisão ou a velocidade. Você pode usar os valores predeterminados do solver ou alterar o seguinte:

  • Número máximo de iterações (P1)
  • Limite de parada (P2)

Para melhorar a precisão, diminua o valor do limite de parada. Em situações de convergência lenta, você pode aumentar a velocidade aumentando o valor do limite de parada ou diminuindo o número máximo de iterações (com o entendimento de que a precisão de resultados pode ser afetada).

Processamento Multicore

A tabela lista as especificações do processamento multicore dos solvers de simulação para cada licença do Simulation.

Solvers Licenças do Simulation - Limitadas ao máximo de 8 núcleos físicos Licenças do Simulation - Sem limite do número de núcleos físicos
  • FFEPlus
  • Intel Direct Sparse
  • Direct Sparse
  • Large Problem Direct Sparse
  • Simulation Xpress
    FFEPlus é a única opção de solver para o Simulation Xpress.
  • Simulação no SOLIDWORKS Premium
  • SOLIDWORKS Simulation Standard
  • SOLIDWORKS Simulation Professional
  • SOLIDWORKS Simulation Premium