Abaqus硬件配置

2017-01-20 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)代CAE分析的發(fā)展對計算能力提出了越來越高的需求,Abaqus作為功能最為強大的CAE分析軟件之一,在生產(chǎn)和研究中為各國的工程師和研究人員所廣泛采用。Abaqus提供了強大的并行功能,它采用Threads和MPI兩種并行模式,可應(yīng)用于SMP 或者Cluster。本文不僅對Abaqus的并行計算的功能進行了簡單介紹,而且在各種不同的操作平臺上對不同分析算例進行了測試,提出了一套完整的解決方案,對于用戶在Abaqus軟件和硬件的選取都具有一定的參考作用。

一、CAE分析對高性能計算的需求

CAE就是用計算機輔助求解工程和產(chǎn)品的強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、彈塑性等力學(xué)性能以及性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的方法。從20世紀60年代初開始,CAE 技術(shù)逐漸被應(yīng)用于解決復(fù)雜的工程分析計算問題。CAE 的廣泛應(yīng)用使得工程和產(chǎn)品的設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。經(jīng)歷了40多年的發(fā)展歷史,CAE 理論和算法都經(jīng)歷了從蓬勃發(fā)展到日趨成熟的過程,現(xiàn)已成為工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析中(如航空、航天、機械、汽車、土木結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域)必不可少的數(shù)值計算工具,同時也是分析連續(xù)力學(xué)各類問題的一種重要手段。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們正在不斷建造更為快速的交通工具、更大規(guī)模的建筑物、更大跨度的橋梁、更大功率的發(fā)電機組和更為精密的機械設(shè)備,因此,要進行CAE 分析設(shè)計必須獲得更高的計算能力,主要表現(xiàn)在:

要處理更多的工程數(shù)據(jù):現(xiàn)代勘探和測量技術(shù)的發(fā)展,使得在設(shè)計、生產(chǎn)或施工前后都能獲得大量的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的及時有效處理能為后繼的、生產(chǎn)或施工提供有力的指導(dǎo);

要處理更大規(guī)模的問題:為了提高分析的精度,必須采用更精密的網(wǎng)格劃分、模擬更加精細的結(jié)構(gòu),使得問題規(guī)模不斷擴大;
要完成更加困難的分析:在分析中要考慮更多的影響因素,不僅要處理線性彈性問題,還要處理非線性、塑性、流變、損傷以及多物理場的耦合等,分析起來更加困難;

要進行更深層次的優(yōu)化:為了降低成本,提高經(jīng)濟效益,對設(shè)計要反復(fù)進行優(yōu)化,而且優(yōu)化的規(guī)模也日漸增加。
因此,如何的提高求解效率就成為比較重要的問題。Abaqus擁有高性能并行計算能力,將使CAE工程師能更快、更好地解決更大、更難的實際工程和產(chǎn)品設(shè)計問題,從而創(chuàng)造更多的價值。

二、Abaqus及其并行計算功能簡介

Abaqus是一款功能強大的有限元分析軟件,它有兩個主求解器模塊——Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng),特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問題和模擬高度非線性問題。Abaqus不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場的分析,同時還可以做系統(tǒng)級的分析和研究,Abaqus在大量的高科技產(chǎn)品研究中都發(fā)揮著巨大的作用。

隨著并行有限元分析的發(fā)展,Abaqus的并行計算日益成熟。Abaqus支持Threads和MPI兩種模式的并行,Threads模式只能在SMP 系統(tǒng)上運行,而MPI模式則在SMP或者集群系統(tǒng)上都可以運行。Abaqus/Standard的并行求解器包括:具有動態(tài)負載均衡功能的并行直接稀疏矩陣求解器、基于區(qū)域分解的并行迭代求解器、并行Lanczos特征值求解器和并行AMS特征值求解器;Abaqus/Explicit的并行求解器也是基于區(qū)域分解的。

目前國內(nèi)應(yīng)用Abaqus的單位很多,當處理實際問題時,計算規(guī)模的增加非?？?1000萬以上自由度的問題也并不鮮見,而20萬左右自由度的問題在單機上進行計算時,要在合理的時間內(nèi)得到一個分析結(jié)果已經(jīng)非常困難,更不用說反復(fù)進行優(yōu)化。這樣單CPU的計算能力已經(jīng)越來越難以滿足實際計算的需求,因此我們需要采用多CPU并行計算來提高求解效率。

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