Советы для ускорения вычисления в нестационарных задачах ANSYS Maxwell 2D.

Аватар пользователя Klyavlin
0 960

Нижеприведенные инструкции написаны для ANSYS Release R17.x / Electronics Desktop 2016.х , могут быть не актуальными для ранних версий. Последующие обновления также могут повлиять на работоспособность тех или иных рекомендаций.

Существует несколько общих методов для ускорения решения нестационарных магнитных задач, таких как электрические машины, трансформаторы, электромагниты, назовём их зависимыми от класса задач. В этой статье можно найти универсальные рекомендации для ускорения решения при использовании решателя ANSYS Maxwell 2D transient.

ANSYS Maxwell2D не имеет возможности использовать hyper-threading для многоядерных процессоров так, как ANSYS Maxwell 3D, который имеет значительную масштабируемость многопроцессорной обработки.

ANSYS Maxwell2D гораздо лучше подходит для параметрического распределенного моделирования на всех вычислительных платформах из-за малого использования памяти. В дополнение к распределенным расчётам, попробуйте новый Time-Decomposition Method (TDM) для значительного ускорения моделирования задач с большим количеством шагов интегрирования. Отличные результаты TDM показывает при использовании на кластере или на множестве ядер\машин.

Основные рекомендации.

1. Обновление отчётов по завершению счёта: В меню Maxwell выберете Tools > Options > General Options… и перейдите на вкладку Desktop Performance. Для проектов Maxwell 2D измените “Dynamically update post processing data for new solutions:” с автоматического на On Completion

Графики не будут обновляться на каждом шаге интегрирования, обновление произойдёт по окончанию счёта. Однако пользователь может запросить обновление во время расчёта путём вызова контекстного меню из меню графика и вызова функции “Update Report”.

2. Использование TAU Mesher: В меню ANSYS Maxwell выберите Maxwell 2D > Mesh Operations > Initial Mesh Settings…  Измените тип сеточного генератора по умолчанию с Classic Mesh (технология Classic Mesh основана на гарантированном методе триангуляции Делоне) на улучшенный TAU Mesh (сглаживание сеток). 

Результаты моделирования в таком случае будут более лучшего качества и точности, но с меньшей размерностью сеточной модели.

3. Сглаженные BH кривые: Использование сглаженных кривых BH уменьшит количество нелинейных итераций решения на каждом шаге интегрирования. В последнее время была улучшена работа ANSYS Maxwell с нелинейными кривыми намагничивания для гарантирования точных результатов моделирования на основании точек данных, введённых пользователем. Это улучшение позволяет получить более точное представление BH характеристик если были произведены натурные измерения.

 

Тем не менее, имеются требования к точному вводу BH данных для всего расчётного диапазона напряженности поля.  BH кривые должны быть сглаженными, включая производные, и иметь достаточное количество точек для области слабых и высоких полей.

4. Граничные условия симметрии: Если есть возможность, нужно стараться всегда использовать ГУ симметрии или периодические ГУ. Во многих случаях не представляется возможным использовать ГУ симметрии, но в случае, когда это возможно, симметрия может кардинально понизить размерность сеточной модели и, как следствие, сократить время моделирования.

5. Неэффективные сеточные модели:  Перед запуском решения используйте Maxwell 2D > Analysis Setup > Apply Mesh Operations, постройте и выведите на график сеточную модель для всех объектов (например, выберите GlobalXY плоскость). Если обнаружатся точки или ребра с необоснованной кучностью элементов (чрезвычайно-малые элементы), необходимо найти метод упрощения геометрической модели для обхода такого построения. Очень часто такая проблема может быть связана с импортированной геометрией в которой такие проблемы присутствуют и требуют доработок:

  • Импортированная геометрическая модель с множеством сегментов/граней на криволинейной грани.
  • Импортированная геометрическая модель с пересекающимися криволинейными гранями.
  • Импортированная геометрическая модель с очень мелкими деталями (отверстия, фаски, углубления).

Геометрия может быть изменена на локальном уровне с использованием булевых операций со стандартными геометрическими примитивами или на глобальном уровне Modeler > Model Preparation > Heal.  При импорте .dxf или .dwg геометрических файлов, обратите внимание на настройки опций допуска для операции сшивания.

6. Time-Decomposition Method (TDM) для параллельного решения временных областей:  Взамен последовательного решения шагов интегрирования нестационарной задачи в ANSYS Maxwell, TDM позволяет организовать параллельное решение шагов. Другими словами, разделяя временную шкалу на участки и решая их одновременно. Создано несколько специализированных утилит, которые помогают пользователям правильно подобрать настройки распределения задачи на параллельные процессы для балансирования загрузки на вычислительных мощностях.

7. Распределённые вычисления (DSO) для параметрических задач: Любые многовариантные задачи могут быть решены параллельно по множеству вариантов в единицу времени. Если стоит задача изменять геометрическую модель, возбуждение, свойства материалов, параметры цепи, скорость, момент нагрузки и т.д. или вы хотите использовать Electric Machines Design Toolkit, то крайне рекомендуется ознакомиться с запуском решения в режиме DSO и крупномасштабном DSO (LSDSO).

Рекомендации на уровне модели.

Вышеприведённый перечень следует рассматривать как общие рекомендации для всех задач Maxwell 2D Transient, которые обеспечивают ускорение вычислений. Последующие рекомендации не могут быть применимы ко всем классам задач, но дают ускорение там, где их использование возможно.

8. Не использовать внешнюю схему: Во многих случаях внешнюю схему можно без труда заменить на эквивалентный источник напряжения (с объединением в звезду), источник тока и функцию для объединения проводников в параллельное соединение (end-connections). Если такого рода возбуждение допустимо, то нестационарный расчёт будет выполняться намного быстрее, хотя в некоторых случаях внешняя цепь необходима и должна быть определена.

9. Откажитесь от использования модели шихтовки в пользу эквивалентной BH кривой: в плоскопараллельных задачах Maxwell 2D где модель, как предполагается, шихтованная в направлении её плоскости (пакет электрической машины), возможно использовать два метода задания шихтовки: основная кривая намагничивания и коэффициент заполнения в одном из направления координатной системы, либо масштабирование основой кривой намагничивания на основании коэффициента заполнения для однородного конструктива. Первый метод связан с некоторыми вычислительными сложностями для каждого шага интегрирования, является очень эффективным для 3D задач, но замедляет двумерные. ANSYS предлагает заменить шихтованную модель (выбрать “Solid” composition) эквивалентной однородной кривой намагничивания с пересчетом:

                Bscaled = Blamination* (H)*SF + µ0*H*(1-SF),

где SF – коэффициент заполнения сталью объёма геометрического тела.

10. Отказаться от “Advanced core loss option: Функция Advanced в настройках включения Core Loss в большинстве случаев не оказывает значительного влияния на результаты моделирования. Вычисление Core Loss происходит как операция постпроцессора и требует минимальных временных затрат в отличии от “Advanced Core Loss”. В некоторых специфических случаях требуется подключение “Advanced Core Loss”, но если у пользователя нет необходимости во включении этой опции, то отключение позволит ускорить вычисления в ANSYS Maxwell 2D.

11. Не использовать Expression Cache на каждом шаге интегрирования: Опция “Expression Cache” используется для сохранения отдельных полей, а также вычислений подготовленных выражений на, заданных пользователем, конкретных шагах интегрирования, что позволяет решателю не сохранять все результаты вычисления. Хотя вычисления “Expression Cache” и быстрее чем запись всех результатов вычислений для последующей обработки, но занимает некоторое время. ANSYS рекомендует использовать “Expression Cache” взамен записи всех результатов, а также контролировать количество точек для его вычисления.

12. Не сохранять поля на каждом шаге интегрирования: Опция сохранения полей доступна в настройках решателя и по умолчанию отключена, это значит, что её использование необязательно. Рекомендуется не сохранять поля в нестационарном решении, особенно, когда анализируется длительный отрезок времени с подробной дискретизацией и при параметрических расчётах. Возможны некоторые варианты сохранений, которые могут ускорить вычисления:

  • Сохранение полей через каждые N шагов интегрирования.
  • Сохранение полей только на последнем периоде.
  • Не сохранять поля (или сохранение в нескольких точках).

13. Использовать источники тока: В зависимости от L/R временных констант, связанными с индуктивностями, пользователи могут столкнуться с весьма длинным переходным процессом. Если осуществляется контроль тока в обмотках, то можно предположить, что временные электрические константы источника отсутствуют. Использование источников тока может значительно ускорить достижение установившегося состояния.

14. Отключить вычисление вихревых токов в проводниках: Это имеет двойной эффект. Первый связан с L/R временными константами моделирования, модель с отключенными вихревыми токами достигает установившегося состояния быстрее. Эффект вычисления индуцированных токов связан с увеличением числа неизвестных, что увеличивает время счёта.

15. Отключить механическое перемещение частей модели или задать постоянную скорость: Процесс перемещения частей модели всегда связан с множеством эффектов, которые увеличиваю время вычисления. Иногда бывает возможно получить искомую информацию без применения возможности задания движения в ANSYS Maxwell. Однако в большинстве случаев движение необходимо моделировать, но можно порекомендовать использовать постоянную скорость движения взамен механического переходного процесса для более быстрого достижения стационарного состояния. Механический переходный процесс приводит к очень сложной электромеханической постоянной времени. Если вы не можете априори контролировать постоянную времени, чтобы демпфировать реакцию системы, то она будет быстро приближаться к стационарному состоянию путем полного удаления механических переходных процессов, путём задания постоянной скорости.

16. Использовать большой шаг интегрирования: Иногда в моделировании можно использовать большой временной шаг. В других же случаях, расчёт может пойти быстрее с меньшим временным шагом (очень нелинейная система).

17. Отключить Dynamic Demagnetization: Старайтесь использовать динамическое размагничивание магнитов только когда это необходимо.

18. Отключить Vector Hysteresis Modeling:  Старайтесь использовать модель моделирования гистерезисного поведения только в том случае, когда это необходимо, так как эта возможность значительно усложняет вычисления.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии