ABAQUS/Explicit顯式計算成本的降低
計算成本:
顯式(Explicit)分析中,基于單元的穩定極限(時間增量)可由下式計算:
在二維分析中,在每個方向上將網格加密為2倍,顯式分析的運行時間增加4-8倍,初始時間增量大小減小一半。類似地,在三維分析中,在每個方向上網格加密為2倍將使運行時間增加16倍。在準靜態分析(quasi-static analysis)中,通過加速模擬過程或縮放質量的方式來降低計算成本是很有效的。但是都應該監測動能,確保動能與內部能量的比值不會太大—通常需小于10%。
實例說明:
以二維平面應變管道貫入為例,說明Explicit中降低計算成本的通用方法:
1. 使用多線程和調整動態負載降低計算成本
在提交Job選項框里可啟用多線程計算,所選線程數不能超過電腦CPU的實際線程數,一般不帶超線程的CPU,建議不要將所有線程用于計算,否則電腦會卡頓,無法進行其他操作,保留1-2個線程比較穩妥。動態負載域的個數要大于等于線程數,一般采用默認值。


單線程 |
雙線程 |
注 |
|
CPU Time (/s) |
577.5 |
314 |
多線程可明顯減小計算時間,但線程數與計算時間不呈倍數關系 |
計算成本(/s) |
682 |
573 |
注意:在Monitor中顯示的CPU Time并非實際計算所花費的時間,計算成本應該以Log文件中完成時間(Completed)與提交時間(Submitted)的差值為準,但CPU Time與計算成本呈正相關,故以CPU Time來衡量計算成本。
2. 加速模擬過程降低計算成本
為了減少所需的增量步數,n,可以加快模擬(相對于事件的實際時間),即人為地縮短事件的時間周期,但是這可能引發兩個錯誤:
(1) 如果模擬速度過快,增加的慣性力將嚴重影響之后的分析結果。避免該情況的唯一方法是適當的提速,不能過大。
(2) 除了慣性力,其他因素,例如材料特性也可能與速率有關。在這種情況下,所模擬事件的實際時間不能更改。
這種方法很常見,例如在模擬貫入問題時,現場實際的時間可能是幾個小時,貫入速度為幾毫米每秒,而模擬時通常將分析時間設置為幾秒或幾分鐘,來降低計算成本。
Step time(/s) |
10 |
5 |
2.5 |
速度(mm/s) |
50 |
100 |
200 |
CPU time(/s) |
38.4 |
26.6 |
19.3 |
注:此處使用了相同的多線程和質量縮放。
加速模擬過程降低計算成本效果顯著,但是速度必須合適。
3. 質量縮放降低計算成本
人為地增加材料密度ρ,假定放大因子為f2,則增量步數由n降低到n/f,T降低到T/f,這個概念稱為“質量縮放”。它降低了事件時間與波動在單元間傳播的時間之比,同時使事件時間保持不變。這允許在分析中包含與速率相關的特性。但必須謹慎地使用,以確保慣性力不會對分析結果產生顯著影響。質量縮放對慣性力的影響與加速模擬時間的方式相同。質量縮放可以通過改變密度來完成,但是ABAQUS中提供了更多的方法來縮放整個模型或模型中的特定單元集。 以下通過增大密度實現質量縮放:
質量縮放(f倍) |
無 |
10 |
100 |
CPU time(/s) |
314 |
110.5 |
38.9 |
注:使用了雙線程計算。

計算時間近似變為原來的1/sqrt(f)倍。放大倍數不能太大,否則計算結果將出現較大的偏差。
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