Новые возможности ANSYS Mechanical 2019 R1 - часть 3

Распределенные вычисления

Начиная с версии 2019 R1, распределенный решатель (DMP) используется по умолчанию в Mechanical APDL. Чтобы использовать режим распараллеливания с общей памятью (SMP), используйте аргумент командной строки -smp или выберите параметр SMP на вкладке «High Performance Computing Setup» в панели запуска Mechanical APDL.

Технология расчета трещин SMART теперь поддерживает DMP. Поскольку DMP практически всегда лучше работает при большом количестве ядер, чем SMP, это должно привести к значительному сокращению времени решения для больших расчетов с использованием технологии SMART в Mechanical APDL.

В версии 19.0 поддержка распределенного решателя на этапе создания суперэлемента (Generation pass) была добавлена с некоторыми ограничениями. Например, не поддерживалось создание предварительно-напряженного суперэлемента и перезапуск этапа создания суперэлемента. В версии 2019 R1 эти ограничения убраны.

В 2019 R1 было внесено несколько улучшений, касающихся обработки контактов в режиме DMP. В предыдущих версиях оба набора контактных и целевых поверхностей для симметричной контактной пары находились в одном домене, что могло приводить к дисбалансу нагрузки. Теперь большие пары контактов могут быть декомпозированы на большое количество ядер, что приводит к улучшению баланса нагрузки между ядрами.

В выходной файл MAPDL были добавлены индикаторы, показывающие дисбаланс нагрузки, вызванный большими контактными парами.

Рисунок 1. Индикаторы, показывающие дисбаланс нагрузки

Для задач с большим количеством контактных элементов по отношению к общему числу элементов, производительность распределенных вычислений может снижаться. Теперь вы можете улучшить производительность, разбив крупные контактные пары (с помощью команд CNCHECK,SPLIT или CNCHECK,DMP) на несколько подпар, так что разделенные контактные пары можно декомпозировать по разным ядрам.

Улучшение масштабирования при использовании команды CNCH,DMP. Тестовая задача:

10,2 миллионов степеней свободы; Sparse решатель
Нелинейный статический анализ с учетом пластичности и большим числом контактных элементов,
Кластер Linux; каждый вычислительный узел содержит 2 процессора Intel Xeon Gold 6148, 384 ГБ ОЗУ, SSD, CentOS 7.3. Mellanox EDR Infiniband.

Рисунок 2. Геометрия тестовой задачи

Рисунок 3. Сравнение производительности в тестовой задаче

В версии 2019 R1 доступны два нововведения, позволяющие уменьшить файл результатов:

Изменение команды OUTRES

Добавлено восемь новых значений параметра ITEM команды OUTRES. Эти новые атрибуты позволяют пользователю контролировать, какие результаты записываются в файл результатов. По умолчанию команда продолжает записывать все результаты.

Новый алгоритм сжатия

Теперь вы можете использовать новый алгоритм сжатия файла результатов (команда /FCOMP,RST,SPARSE). Сжатие, как правило, уменьшает размер файла на 10-50%. Этот метод не оказывает существенного влияния на время решения и время, необходимое для чтения файла результатов.

Рисунок 4. Сравнение размеров файлов результатов

Полунеявный метод решения

Полунеявный метод (Semi-Implicit) - это новая схема решения, при которой нелинейный анализ переходит от традиционного неявного метода решения к явному в точке, где решение не сходится. Полунеявный метод полезен для крайне нелинейных задач, которые не сходятся при использовании неявного решателя. Полунеявный метод включается с помощью команды SEMIIMPLICIT, которую можно включить в исходный анализ или использовать при перезапуске решения после проблем со сходимостью. Метод поддерживает большинство возможностей MAPDL (Уравнения связи, контактные элементы с лагранжевой формулировкой, элементы высокого порядка, шарниры, элементы со смешанной u-P формулировкой).

Рисунок 5. Теннисный мяч, ударяющийся о сетку

Result Section

Result section представляет собой определяемую пользователем поверхность, которая может использоваться для вывода и контроля значений сил, моментов, теплового потока, массового расхода. Вывод результатов доступен для контактных элементов CONTA172 и CONTA174.

Команда RSMESH автоматически создает сечение для вывода результатов внутри двумерных и трехмерных сеток. Результаты записываются в один текстовый файл Jobname.SECF с указанной вами частотой (OUTPR). Вы также можете отслеживать определенные значения результатов в процессе решения (NLHIST).

Классическое применение данной функции - это отслеживание значений изгибающих моментов и осевых сил в сечениях болтов. В этом случае вы можете обойтись без сохранения напряжений для всех элементов для каждого подэтапа, существенно уменьшив размер файла результатов.

Рисунок 6. Пример сечения для результатов

Преобразование деталей

Новая функция преобразование деталей (Part Transform) позволяет переориентировать детали путем указания перемещений и углов поворота или с помощью пары систем координат (исходной и целевой).

Рисунок 7. Преобразование детали

Графический предварительный просмотр позволяет увидеть расположение деталей до и после преобразования. К детали можно применить несколько преобразований. Преобразования применяются в том порядке, в котором они отображаются в дереве. Можно изменить порядок преобразований путем перетаскивания в дереве.

Шаблон моделирования

В новой версии появилась возможность создавать шаблоны моделирования в Mechanical. Вы можете открыть приложение, не прикрепляя геометрию, и настроить расчет с использованием именованных наборов. Определив условия анализа, вы можете сохранить проект и использовать его для любой модели, создав таким образом шаблон моделирования.

Импорт/замена геометрии

В Mechanical на панели инструментов появилась новая опция Attach Geometry, для объекта Geometry, позволяющая импортировать геометрию непосредственно из приложения. После импорта геометрии или, если система уже содержит геометрию, опция «Attach Geometry» заменяется на «Replace Geometry», позволяющую заменить существующую геометрию.

Рисунок 8. Импорт/замена геометрии

Конвекция (опция «Fluid Flow»)

Конвективное граничное условие теперь поддерживает выбор вершин и узлов при использовании информации из линейных тел Thermal Fluid. Эта функция позволяет использовать вершину или узел для получения среднемассовой температуры среды при расчете конвекции.

Рисунок 9. Выбор узла для опции Fluid Flow

Нелинейное адаптивное перестроение сетки

Появилась поддержка формулировки MPC (элементы CONTA172 и CONTA174, KEYOPT(2) = 2).
Теперь поддерживается контактный алгоритм на основе расширенного метода Лагранжа (элемент CONTA174, KEYOPT(2) = 3 и 4).
С некоторыми ограничениями добавлена поддержка уравнений связи (команды CP, CE). Уравнения не изменяются и не включают новые узлы, созданные вблизи или между исходными узлами в процессе перестроения сетки.
Убрано ограничение на число перестроений сетки в процессе расчета.
Управление файлами перезапуска
Теперь возможно контролировать частоту записи файлов базы данных перестроения сетки (.RDnn). Для одного шага можно сохранить до 99 файлов.

Новые элементы управления перезапуском теперь доступны в разделе настроек «Nonlinear Adaptivity Remeshing Controls». Эти параметры отвечают за создание точек перезапуска и сохранение файлов после решения.

Рисунок 10. Параметры управления перезапуском адаптивного перестроения сетки
Интенсивное перестроение сетки
Теперь вы можете включить интенсивное перестроение сетки для создания сеток с лучшими показатели формы. Новая опция, доступная как для двумерных, так и для трехмерных сеток, с большей вероятностью создаст новую сетку лучшего качества, однако она увеличивает время перестроения сетки и может изменять некоторые глобальные параметры управления перестроением сетки, установленные ранее.

Различные улучшения:

Интерфейс AVL/Excite теперь записывает матрицу демпфирования в .exb файл.
Интерфейс MSC/Adams теперь снова работает (с версии 19.1, код работал некорректно).
Быстрое сохранение сессии Mechanical
Доступен новый пункт меню «File»: «Save Database». Эта опция позволяет вам сохранить текущий сеанс без необходимости сохранения всего проекта. Однако при выходе из приложения вы должны сохранить проект.

Рисунок 11. Новый пункт меню «Save Database»
Объект Project
Объект Project в дереве проекта теперь отображается со звездочкой (*) в имени, которая показывает, что вы не сохранили текущий сеанс Mechanical после последнего изменения.

Рисунок 12. Объект Project
Параметризация времени решения задачи

Объект MAPDL Elapsed Time теперь может быть параметризован и доступен в качестве выходного параметра.

Рисунок 13. Параметризация времени решения задачи

Обновление Solution Combination

В новой версии Solution Combination, пользователь может:

Выбрать несколько комбинаций.
Совместить результаты из модулей Static Structural, Transient Structural, Harmonic Response.
Задать линейную или SRSS (корень квадратный из суммы квадратов) комбинацию решений.
Использовать табличные данные или номер результирующего набора, чтобы указать, какую комбинацию вы хотите отобразить.
Импортировать и экспортировать таблицы комбинаций решений в виде .CSV файла.

Рисунок 14. Новая версии Solution Combination

Анимация Keyframe

В Mechanical теперь есть функция Keyframe, которая позволяет объединять различные статические изображения модели для создания анимации. Кадры создаются путем позиционирования модели в нужной ориентации и нажатия кнопки "Create Keyframe". Каждый ключевой кадр является начальной и конечной точкой, которые приложение затем связывает вместе, рисуя промежуточные кадры для создания анимации. Приложение интерполирует переход между кадрами для создания плавной анимации. Например, вы можете создать анимацию вращения модели.

Рисунок 15. Пример анимации Keyframe

Экспорт анимации

Появилась поддержка формата GIF для экспорта анимации.

Вы можете синхронизировать анимацию результатов с предварительно определенной анимацией Keyframe.

Экспорт анимации теперь доступен для платформы Linux.

Улучшения Mechanical Scripting API – Камера

Камера в WB представляет собой аналог цифровой камеры

Следующие свойства отвечают за состояние камеры:

FocalPoint: указывает местоположение объекта, на который смотрит камера.
ViewVector: определяет направление камеры.
UpVector: указывает ориентацию (наклон) камеры.
ZoomFactor: значение 1 приблизительно соответствует окну. При больших значениях модель будет выглядеть меньше, в то время как меньшие значения сделают модель крупнее.

Для более удобного управления камерой доступны следующие методы:

SetFit: Подгонка вида под всю модель.
Rotate: Поворот вдоль определенной оси.
SetSpecificViewOrientation: Задает ориентацию для одной из следующих предопределенных ориентаций просмотра (относительно глобальной декартовой системы координат):
- Front: Направление спереди (т.е. 0, 0, 1)
- Back: Направление сзади (т.е. 0, 0,-1)
- Top: Направление сверху (т. е. 0, 1, 0)
- Bottom: Направление снизу (т. е. 0,-1, 0)
- Left: Направление слева (т. е. -1, 0, 0)
- Right: Направление справа (т. е. -1, 0, 0)
- Iso: Изометрия (т. е. 1, 1, 1)

Улучшения API для графики

Для манипуляций с графикой и экспорта моделей или изображений добавлены новые API, которые заменяют API ModelViewManager. Кроме того, новые API обеспечивают создание плоскостей сечений.

Улучшения Scripting API - Экспорт графического отображения

Графический дисплей можно экспортировать с помощью следующих свойств

Метод Export3D может быть использован для экспорта 3D-модели в форматах STL и AVZ.
ExportImage экспортирует изображение в файл формата PNG, JPG, TIF, BMP или EPS.
Graphics3DExportSettings и GraphicsImageExportSettings позволяют изменять настройки (фон, разрешение и т.д.) и экспортировать модель или изображение.

Улучшения Scripting API - Секущая плоскость

Для управления плоскостями сечений можно использовать следующие методы: