影响CAE高性能计算的硬件配置解析

时间:2008-11-22   来源:   网友评论:0   人气: 632 作者:

进入21世纪之前,CAE的工作者一直很辛苦。只要能模拟真实世界,辛苦的工作、漫长的等待和昂贵的开销都在所不惜。但是,面对有限发展的CAE技术和计算机资源,人们并不能如愿。为复杂产品建模时,分析师不得不在假设与近似之间徘徊。模拟真实世界,愿望多于现实。

    在假设和近似之间徘徊久了,分析师便建立了一项复杂的学问——仿真分析规范,指导人们在有限的CAE技术和计算机资源面前,如何进行条件假设和近似处理,才能保证分析结果最接近真实世界。规则保证了秩序,却约束了自由。CAE的工作者一直在必然王国中挣扎,远没进入自由王国,直到CAE高性能计算技术得到大力发展的今天。

    高性能计算(HPC:High Performance Computing)是一种可以充分利用最广泛的计算资源进行大型问题求解的技术,广泛应用于各行各业。CAE是高性能计算的重要阵地之一。从上世纪80年代初,ANSYS公司就在HPC研究上投入较大力量。该公司的创始人John Swanson博士准确预测了CAE-HPC的发展趋势,提出ANSYS的HPC发展战略。2004年,ANSYS创纪录地进行了一个1亿自由度的问题的计算,确立了这个CAE巨人在HPC的领导地位。

    CAE-HPC的目标是“用最低的成本模拟真实世界”,即“用最短的时间、最少的人力、最低的资金,进行复杂单场模拟和多场耦合分析”。ANSYS的三把HPC利斧——大内存支持、分布式并行计算和变分技术(VT),正在摧毁束缚CAE自由的坚冰。

    1. 大内存求解大问题

    CAE计算需要较多的内存已是常识。在过去32位的年代,内存再多也用不上。现在,64位操作系统的内存寻址范围使得CAE应用软件对内存的使用几乎没有上限。Windows XP-64操作系统的推出对普通CAE用户来说是一大喜事,Windows毕竟是普通用户最熟悉和最经济的操作系统。

    对大内存的支持让CAE在前后处理方面获得自由,使其在大模型的建立、大图形的处理以及大数据库的操作方面几乎没有障碍,用户可以建立高保真模型。

    首先,大内存允许我们把模型建立得很精细。CAE的目标之一是找到模型中的热点,也就是危险点。即使同一模型,对于不同的工况,热点可能不同。为了准确捕捉热点,通常的方法是不同工况建立不同的模型,这不但繁琐,而且不经济。疲劳计算问题更严重,如果工况组合比较复杂,热点的位置几乎不能预测,即使我们愿意建立多种模型,但仍可能无法捕捉到所有的疲劳热点。但如果建立了每一处的单元密度都很高的精细模型,我们就不会错过任何一个热点。

    其次,大内存允许我们建立整机装配模型。过去,由于内存限制,我们往往只提取产品中重要的零部件进行分析。这里存在一个问题就是,产品的载荷和约束并不是直接施加在该零部件上,而是由其它零部件传递过来。只对单一零部件进行分析时,就不得不做边界条件假设。如果使用整机模型,这种问题便不存在。但是,建立整机模型却存在另一个问题:零部件之间的接触。复杂产品千百个零部件之间的接触单元定义如果完全靠手工进行,工作量不可想象。ANSYS软件提供了一个非常实用的功能——自动接触可以解决这个问题。ANSYS在读入CAD模型时自动探测装配关系,并自动建立接触单元。

    再次,大内存可提高建模速度。通常,CAE读入CAD模型的时候需要删除细小特征(Defeature),以使得CAE单元减少。有时还需要对于薄细结构抽中面和抽中线,用以建立梁或壳单元。大内存允许我们可以使用细小的尺寸在CAD模型上直接划分网格,梁或壳单元可以用实体单元来替代,并不影响精度,而且在结构连接部位的结果更精确。

    最后,在大模型进行计算时,大内存允许中间数据存储在内存中而不需要和硬盘交换数据,可以减少I/O频度,明显提高速度。有时I/O问题可能是大问题求解得杀手。因此,大内存是求解大问题的基础。


 

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