ANSYS常用求解器性能

2017-03-02 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1求解器分類

1.1
直接求解器:稀疏矩陣求解器,波前求解器
1.2
迭代求解器:預(yù)條件求解器(PCG),雅可比共軛梯度求解器(JCG),非完全共軛梯度求解器(ICCG)
1.3
特殊求解器(需要并行l(wèi)icense PPFA):AMG,DPSRSE,DPCG,DJCG……

2
求解器介紹

2.1
直接求解器

2.1.1
稀疏矩陣求解器(Sparse Director Solver)
稀疏求解法是使用消元為基礎(chǔ)的直接求解法,在ANSYS10.0中其為默認(rèn)求解選項(xiàng)。其可以支持實(shí)矩陣與復(fù)矩陣、對(duì)稱與非對(duì)稱矩陣、拉格朗日乘子。其支持各類分析,病態(tài)矩陣也不會(huì)造成求解的困難。稀疏矩陣求解器由于需要存儲(chǔ)分解后的矩陣因此對(duì)于內(nèi)存要求較高。其具有一定的并行性,可以利用到4-8cpu.
其具有3種求解方式:核內(nèi)求解,最優(yōu)核外求解,最小核外求解。強(qiáng)烈推薦使用核內(nèi)求解,此時(shí)基本不需要磁盤的輸入與輸出,能大幅度提高求解速度;而核外求解會(huì)受到磁盤輸入/輸出速度的影響。對(duì)于復(fù)矩陣或非對(duì)稱矩陣一般需要通常求解2倍的內(nèi)存與計(jì)算時(shí)間。
相關(guān)命令:
bcsoption,,incoere 運(yùn)行核內(nèi)計(jì)算
bcsoption,,optimal 最優(yōu)核外求解
bcsoption,,minimal 最小核外求解(非正式選項(xiàng))
bcsoption,,force,memrory_size 指定ANSYS使用內(nèi)存大小
/config,nproce,CPU_number 指定使用cpu的數(shù)目
2.1.2 波前求解器
程序通過三角化消去所有可以由其他自由度表達(dá)的自由度,知道最終形成三角
矩陣,求解器在三角化過程中保留的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)目稱為波前,在所有自由度被處理后波前為0,整個(gè)過程中波前的最大值稱為最大波前,最大波前越大所需內(nèi)存越大。整個(gè)過程中波前的均方值稱為RMS波前,RMS波前越大,求解時(shí)間越長(zhǎng)
相關(guān)命令:EQSLV,FRONT 選用波前求解.

2.2
迭代求解器

2.2.1 PCG迭代求解器
其屬于間接迭代法,收斂精度主要依賴于收斂準(zhǔn)則,適用于靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和子空間特征值分析,特別適合于結(jié)構(gòu)分析,對(duì)于一些非線性分析也有較好的效果,在接觸分析中當(dāng)使用罰函數(shù)法及增強(qiáng)的拉格朗日法時(shí)也能使用。但對(duì)于拉格朗日法的接觸分析以及不可壓縮材料時(shí)不能使用。(適用于實(shí)矩陣、對(duì)稱矩陣,不使用于復(fù)矩陣、非對(duì)稱矩陣)
PCG求解器特點(diǎn):1)由于不需要矩陣分析,所需內(nèi)存比稀疏矩陣法少。2)對(duì)于中等或大尺寸模型,只要迭代合理,PCG比稀疏矩陣求解器快。3)需要核內(nèi)求解。4)其很依賴于剛度矩陣的良性度,如矩陣為良性則求解速度好,反之效率較低,其單元長(zhǎng)寬比要最好在10:1下。4)所需內(nèi)存較大,一般為JCG的2倍,對(duì)于I/O要求較小。5)和其他迭代求解器相比,一般求解速度是JCG的4-10倍(固體結(jié)構(gòu)單元)一般迭代次數(shù)在1500下速度優(yōu)于稀疏求解法,超過1500則認(rèn)為矩陣病態(tài),可考慮使用其他求解器
PCG不為默認(rèn)求解器,需要使用eqslv,PCG激活,其并行度在2cpu時(shí)性能可提高10-30%,,最高支持到16cpu,最高性能提高8倍.
2.2.2 JCG迭代求解器
JCG求解器只有在靜態(tài)分析、安全諧波分析和完全瞬態(tài)分析才能使用,一般用來(lái)處理PCG不能處理的病態(tài)比較嚴(yán)重的問題。另外其缺省公差為1e-8,對(duì)一些問題其精度可能過高,可調(diào)整為1e-5,從而大大提高求解精度。
2.2.3ICCG求解器
其類似于JCG求解器,但比之使用了更加復(fù)雜的先決條件,所以在病態(tài)矩陣的求解上比JCG更好,但所用的內(nèi)存也是JCG的2倍。同樣也只能用于靜態(tài)分析、安全諧波分析和完全瞬態(tài)分析。

2.3
特殊求解器
專為大型計(jì)算的求解器都需要專門的并行l(wèi)icens(PPFA)

2.3.1 AMG求解器(Algebraic Multigrid Solver)
AMG是一個(gè)專門為SMP系統(tǒng)服務(wù)的求解器,其適用于靜態(tài)和完全瞬態(tài)分析,對(duì)于單場(chǎng)的結(jié)構(gòu)分析十分有效,對(duì)于病態(tài)問題的求解性也優(yōu)于JCG與ICCG求解器。
2.3.2其他分布式求解器
通用求解器如直接求解器,PCG,JCG,ICCG等都有對(duì)應(yīng)的分布式求解器以適用于大型并行計(jì)算。這些分布式求解器即可以使用在單機(jī)多cpu環(huán)境下使用,也可以在多機(jī)多cpu環(huán)境下使用。

3求解器對(duì)內(nèi)存及I/O需求

求解器類型	描述	適用的模型大小	內(nèi)存使用	磁盤使用
稀疏矩陣直接求解器	使用于所有分析特別是難于收斂的病態(tài)問題	1w-50w自由度(超出此范圍也能很好使用)	1GB/MDOF(最優(yōu)核外求解) 10GB/MDOF(核內(nèi)求解	10GB/MDOF
波前求解器	適合小模型的非線性分析所需內(nèi)存小,但求解慢	小于5w自由度	小于0.5GB/MDOF	10GB/MDOF
PCG求解器	想稀疏求解器相比減少了I/O,特別適合大模型	5w-1000w+自由度	0.3GB-1GB/MDOF	0.5GB/MDOF
JCG求解器	特別適合單場(chǎng)領(lǐng)域	5w-1000w+自由度	0.5GB/MDOF	0.5GB/MDOF
ICCG求解器	適合JCG無(wú)法收斂的復(fù)雜問題	5w-1000w+自由度	1.5GB/MDOF	0.5GB/MDOF
分布式稀疏矩陣求解器	類似于稀疏矩陣求解器,可利用到16cpu,需要PPFA license	1w-50w自由度(超出此范圍也能很好使用)	主機(jī)上1.5 GB/MDOF 副機(jī)上1 GB/MDOF 使用的總內(nèi)存比單獨(dú)的稀疏矩陣求解器多	10GB/MDOF
DPCG	類似于PCG求解器,需要PPFA license	5w-1000w+自由度	1.5-2GB/MDOF	0.5GB/MDOF
DJCG	類似于JCG求解器,,需要PPFA license	5w-1000w+自由度	0.5GB/MDOF	0.5GB/MDOF