解析ソルバ

連立方程式を解くには、3 つの直接ソルバと 1 つの繰り返しソルバを使用できます。

有限要素解析では、問題は一連の連立代数方程式として表されます。 解析手法には 直接法と反復法の2つがあります。

直接法は厳密な数値的技術を使って直接方程式を解きます。 反復法は、各反復計算で近似手法によって方程式を解き、解を推定して関連する誤差を評価します。 反復計算は誤差が許容誤差内になるまで繰り返されます。

ソフトウェアでは、以下のソルバを使用できます:

自動(A) スタディの種類、解析オプション、接触条件などを基準に、ソフトウェアがソルバを選択します。一部のオプションおよび条件は Intel 直接スパースまたは FFEPlus にのみ適用されます。
FFEPlus ソルバ (反復法) FFEPlus ソルバは、大きな問題の処理効率が高い高度な計算手法を使用しています。一般的に、FFEPlus は大きな問題の解決に適し、モデルのサイズが大きいほど効率が高くなります(利用可能な最大メモリまで)。
2,000,000 自由度ごとに、1GB の RAM が必要です。一般的に、FFEPlus ソルバは、Intel 直接スパース ソルバよりも必要な RAM が少なくなります。
大きな問題の直接スパース 機能強化されたメモリ割り当てアルゴリズムを利用することにより、大きな問題の直接スパース ソルバは、コンピュータの物理メモリを超えるシミュレーション問題を取り扱うことができます。
モデルのサイズが、利用可能な最大メモリを超える場合は、大規模な問題の直接スパースが最も効率的なソルバになります。
大規模な問題の直接スパース ソルバと Intel 直接スパース ソルバの方が、FFEPlus ソルバよりも効率的にマルチコアを活用できます。
Intel 直接スパース ソルバ Intel 直接スパース ソルバは、静解析、熱伝導解析、固有値解析、線形動解析、非線形解析の各スタディ、およびトポロジー スタディに使用できます。

Intel 直接スパース (Intel Direct Sparse) ソルバでは、インコアで解析されるシミュレーション問題の解析速度を改善するために、機能強化されたメモリ割り当てアルゴリズムおよびマルチコア処理機能を利用しています。

Intel 直接スパース ソルバの方が、マルチコアをより効率的に活用できます。

ソルバの選択(Choosing a Solver)

ソルバの自動選択は、静解析、固有値、座屈、熱伝導のスタディにおけるデフォルト設定です。

複数領域における接触問題で、繰り返し接触が起きる場合には、Intel 直接スパースが最適と言えます。

モデルの大きさによって小さなモデル(25,000 自由度以下)に有利なソルバ、大規模なモデルに有利なソルバなど、実行(速度またはメモリ使用法)に大きな違いがあります。

ソルバがコンピュータ上で利用することのできるものより多くのメモリを要求する場合、ソルバは、一時データを格納し検索するためにディスクスペースを使用します。 この状況が生じた場合、解析が厳密な解から遠ざかり、解析速度が遅くなる、とメッセージが表示されます。 ディスクに書き込まれるデータ量が非常に大きい場合、解析速度が非常に遅くなります。 これらの場合には(静解析および非線形解析スタディ)、大規模な問題の直接スパースを使用します。

以下の内容を参考に適切なソルバを選択してください。

モデルのサイズ 一般的に、FFEPlus は 100,000 自由度(DOF)以上の問題の解決に適しています。 モデルのサイズが大きい場合には FFEPlus ソルバが有利です。
コンピュータ リソース: 使用できる RAM と CPU の数(コアまたはプロセッサ) 大規模な問題の直接スパースは、マルチコア処理機能を利用して、静解析および非線形解析スタディの解析速度を上げます。
材料特性(Material properties) モデルで使用される材料の弾性係数が大きく異なる場合(鋼とナイロンのように)、反復方法は向いていません。 このような場合は直接スパース ソルバを使用してください。
解析フィーチャー 拘束方程式を使用して適用される貫通なしの接触およびボンド接触の解析では、通常、直接ソルバの方が速く解を得られます。

スタディの種類により、次の推奨事項が適用されます:

静的(Static) 十分な RAM と複数の CPU がある場合、以下の解析に Intel 直接スパースおよび大規模な問題の直接スパースを使用します。
  • 接触相互作用を伴うモデル(特に摩擦の影響を有効にしている場合)。
  • 多様な材料特性を持つ部品を含むモデル。
  • 混在メッシュ モデル
    線形静解析の場合、繰り返し FFEPlus ソルバでは、2,000,000 自由度(dof)ごとに 1GB の RAM が必要なため、必要なメモリが他のソルバより少なくて済みます。
固有値および座屈

剛体モードを計算するには、FFEPlus ソルバを使用します。拘束のないボディには、6 つの剛体モードがあります。

次の場合は、Intel 直接スパース ソルバを使用します。
  • 固有振動数に対する荷重の影響を考える場合
  • 大幅に異なる材料特性を持つ部品によるモデルの場合
  • 拘束方程式を使用して独立したメッシュがボンド結合されるモデルの場合
  • 不安定なモデルを安定させるためにソフト スプリングを追加する場合(座屈スタディ)

Simulation は、Intel 直接スパース ソルバに対する固有値抽出法としてはサブスペース反復法を使用し、FFEPlus ソルバと大規模な問題の直接スパース ソルバには Lanczos 法を使用します。FFEPlus のような繰り返しソルバでは Lanczos を使用する方が効率的です。

サブスペースは、繰り返しループ内で Intel 直接ソルバの前後の置換を利用して、固有ベクトルを評価できます(マトリクスを 1 回分解することのみが必要)。これは繰り返しソルバでは不可能です。

熱特性 熱問題には節点ごとに 1 つの自由度(DOF)があるので、通常、同じ数の節点の構造問題よりはるかに速く解けます。 非常に大きい問題(500.00 dof より大)の場合は、FFEPlus ソルバを使用します。
非線形 50,000 以上の自由度を持つモデルの非線形解析スタディで、短時間で結果を出すには、FFEPlus がより効果的です。 大きな問題の直接スパース ソルバは、解析が厳密な解から遠ざかる場合を処理できます。

ソルバ ステータス

スタディを実行すると、ソルバ ステータス ウィンドウが表示されます。 進捗情報のほかに、次を表示します:

  • メモリー使用量
  • 経過時間
  • 自由度等のスタディに特有の情報、ノード番号、要素番号
  • ソルバの種類等のソルバ情報
  • 警告(Warnings)

Intel 直接スパース ソルバでは、ソルバの進捗レポート ステータスは提供されません。

FFEPlus ソルバ(反復)を使用するすべてのスタディ(固有値解析および座屈解析は除く)は、収束のプロットとソルバ パラメータにアクセス可能です。 収束プロットは解析がどのように収束しているかを視覚化するのに役立ちます。 ソルバ パラメータは、正確さを改善するか、速度を改善することができるように、ソルバの繰り返しを操作できます。 ソルバの事前に定義された値を使用するか、または次のように変更できます。

  • 最大繰り返し数 (P1)
  • 停止スレッショルド (P2)

正確さを改善するには、停止スレッショルドの値を減少させます。 収束が遅い状況では、停止スレッショルドの値を増加させるか、または反復の最大数を減少させることで、速度を改善できます(結果の正確さに影響を与える可能性があることを承知したうえで行います)。

マルチコア処理

次の表に、各 Simulation ライセンスに対するシミュレーション ソルバのマルチコア処理仕様について示します。

ソルバ Simulation ライセンス - 最大 8 個の物理コアに制限 Simulation ライセンス - 物理コア数の制限なし
  • FFEPlus ソルバ
  • Intel 直接スパース ソルバ
  • 大きな問題の直接スパース
  • Simulation Xpress
    Simulation Xpress のソルバ オプションは、FFEPlus のみです。
  • SOLIDWORKS Premium の Simulation
  • SOLIDWORKS Simulation Standard
  • SOLIDWORKS Simulation Professional
  • SOLIDWORKS Simulation Premium