abaqus提高計算速度
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus提高計算速度的實例教程
如何提高ABAQUS計算速度
當問題的自由度和復雜程度比較小的時候，計算速度也許不是什么太大的問題，但當自由度很多，比如幾百萬個自由度，又有復雜的接觸搜索計算時，計算速度就很重要了。我不精通計算機原理，但在Windows和Linux上安裝使用過32位和64位ABAQUS，也在64位工作站上用Linux并行計算過，對計算速度有一點自己的心得，寫出來和大家討論下，對計算機比較精通的，希望能解釋下原理和表達下自己的看法。
我認為影響計算速度的因素主要有3個：
1.計算模型的大小和復雜程度；
2.ABAQUS中關(guān)于內(nèi)存和硬盤使用的設(shè)置；
3.計算機的配置。
在ABAQUS幫助文件中說，一個有限元模型在分析計算中，會生成兩種臨時文件，第一種臨時文件是必須放在內(nèi)存中，第二種臨時文件可以放在硬盤里也可以放在內(nèi)存中。由于內(nèi)存讀寫速度比硬盤讀寫速度快，所以如果計算機配置不變的情況下，要達到最快計算速度，就要在計算時讓兩種臨時文件都放在內(nèi)存中。在計算前進行datacheck，然后在dat文件中會告訴你能使模型計算所需最小的內(nèi)存量，也就是在計算中所生成的第一種文件的大小，還會告訴你最小I/O交換情況所需的內(nèi)存量，也就是兩種文件都放在內(nèi)存中時所需要的內(nèi)存量，我稱這叫“全速計算”所需內(nèi)存量。在ABAQUS中，有個內(nèi)存使用上限設(shè)置參數(shù)，也就是你允許你的計算機中有多少內(nèi)存讓ABAQUS使用，如果你允許ABAQUS使用的內(nèi)存上限大于“全速計算”所需內(nèi)存，則ABAQUS會將兩種臨時文件放入內(nèi)存使用。如果允許內(nèi)存大于最小所需內(nèi)存，小于“全速計算”計算內(nèi)存，則ABAQUS會把第二種文件一部分放入內(nèi)存，一部分放入硬盤。如果允許內(nèi)存小于最小所需內(nèi)存，則無法計算。
展開 所以如果你的模型“全速計算”所需內(nèi)存量很小的時候，或者相對你的計算機物理內(nèi)存很小的時候，如果不改變計算機配置，速度就已經(jīng)達到最快了，再加大內(nèi)存或內(nèi)存上限也沒用。如果你的模型無法進行“全速計算”，首先可以在可能的情況下，提高ABAQUS允許使用內(nèi)存上限值來提速，如果本身物理內(nèi)存的限制，那么加大物理內(nèi)存也能提速。
下面說說CPU和內(nèi)存的使用問題。首先CPU和內(nèi)存頻率越高計算速度就會越快。當“全速計算”時，我看到的是CPU在分析計算時能100％使用（除了前處理，寫入計算結(jié)果和兩迭代計算中間隙時），多CPU計算也是如此。不是“全速計算”時，分析計算種CPU部分時間能100％使用，和部分CPU能100％使用，我想這應(yīng)該和硬盤讀寫速度相對較慢導致的吧。如果有兩個模型在某計算機中都能“全速計算”，兩個“全速計算”的內(nèi)存之和也不超過允許使用內(nèi)存大小，如果同時計算，計算速度應(yīng)該都小于分別單獨計算時的速度，因為CPU要分配給兩個模型用。如果兩個“全速計算”的內(nèi)存之和大于允許使用內(nèi)存，則同時計算時就會“搶內(nèi)存”，計算速度就會大打折扣，這還沒考慮如果使用了虛擬內(nèi)存的情況。
如果你設(shè)置的ABAQUS使用的內(nèi)存上限大于你實際的物理內(nèi)存，這個時候好像就會用到虛擬內(nèi)存，計算速度也會大打折扣。如果你用ABAQUS時還有其它程序也在大量使用內(nèi)存和CPU，也會很影響速度。所以務(wù)必保證你設(shè)置的允許使用內(nèi)存上限，必須是計算機物理內(nèi)存實際能空閑提供給ABAQUS使用的內(nèi)存。
然后再是Linux和并行計算的問題，一臺計算機使用多個CPU進行計算也算是一種并行計算，在“全速計算”情況下參與計算的CPU越多，計算速度越快。我用的是ABAQUS6.8，Linux用的是opensuse10.3，計算機用的是兩臺64位8CPU工作站。
展開 在ABAQUS幫助文件中說，一個有限元模型在分析計算中，會生成兩種臨時文件，第一種臨時文件是必須放在內(nèi)存中，第二種臨時文件可以放在硬盤里也可以放在內(nèi)存中。由于內(nèi)存讀寫速度比硬盤讀寫速度快，所以如果計算機配置不變的情況下，要達到最快計算速度，就要在計算時讓兩種臨時文件都放在內(nèi)存中。在計算前進行datacheck，然后在dat文件中會告訴你能使模型計算所需最小的內(nèi)存量，也就是在計算中所生成的第一種文件的大小，還會告訴你最小I/O交換情況所需的內(nèi)存量，也就是兩種文件都放在內(nèi)存中時所需要的內(nèi)存量，我稱這叫“全速計算”所需內(nèi)存量。在ABAQUS6.8中，有個內(nèi)存使用上限設(shè)置參數(shù)，也就是你允許你的計算機中有多少內(nèi)存讓ABAQUS使用，如果你允許ABAQUS使用的內(nèi)存上限大于“全速計算”所需內(nèi)存，則ABAQUS會將兩種臨時文件放入內(nèi)存使用。如果允許內(nèi)存大于最小所需內(nèi)存，小于“全速計算”計算內(nèi)存，則ABAQUS會把第二種文件一部分放入內(nèi)存，一部分放入硬盤。如果允許內(nèi)存小于最小所需內(nèi)存，則無法計算。
所以如果你的模型“全速計算”所需內(nèi)存量很小的時候，或者相對你的計算機物理內(nèi)存很小的時候，如果不改變計算機配置，速度就已經(jīng)達到最快了，再加大內(nèi)存或內(nèi)存上限也沒用。如果你的模型無法進行“全速計算”，首先可以在可能的情況下，提高ABAQUS允許使用內(nèi)存上限值來提速，如果本身物理內(nèi)存的限制，那么加大物理內(nèi)存也能提速。
下面說說CPU和內(nèi)存的使用問題。首先CPU和內(nèi)存頻率越高計算速度就會越快。當“全速計算”時，我看到的是CPU在分析計算時能100％使用（除了前處理，寫入計算結(jié)果和兩迭代計算中間隙時），多CPU計算也是如此。不是“全速計算”時，分析計算種CPU部分時間能100％使用，和部分CPU能100％使用，我想這應(yīng)該和硬盤讀寫速度相對較慢導致的吧。
展開 由AWS亞馬遜云提供支持的Ansys Gateway：為仿真而打造
這款云解決方案，即由AWS亞馬遜云提供支持的Ansys Gateway，顯著提高了仿真的計算能力和求解速度，專用于解決當今仿真所具有的海量數(shù)據(jù)、復雜工作流程和跨職能協(xié)作。
該解決方案可在AWS Marketplace上獲取，其巧妙結(jié)合了全球最全面、最廣泛采用的云平臺，與Ansys在通過HPC解決高級工程問題方面的深厚專業(yè)知識。Ansys專家深知如何將特定的Ansys解決方案與問題類型以及最佳HPC配置相匹配，因此，可提供優(yōu)異的“即插即用”性能，其默認的虛擬桌面架構(gòu)（VDI）和HPC設(shè)置已經(jīng)針對工程仿真進行了優(yōu)化。
由AWS亞馬遜云提供支持的Ansys Gateway還可為更高級的用戶提供對云環(huán)境的完全控制。用戶可以通過用戶門戶配置自己獨特的VDI或HPC集群，這些集群可根據(jù)用戶自己的仿真需求進行定制。用戶可從AWS云部署模板提供的豐富選項中進行選擇，其中包含CPU、內(nèi)存、存儲和網(wǎng)絡(luò)容量的各種組合。由AWS亞馬遜云提供支持的Ansys Gateway還為每個求解器提供推薦的模板類型。
云定制化功能使Ansys Fluent用戶能夠在求解速度和計算成本之間進行平衡，以滿足他們自己的特定需求。有些用戶可能面臨緊迫的期限，需要選擇最快的運行時間，而不考慮成本；而另一些用戶可能不需要快速獲得CFD仿真結(jié)果，并選擇較慢的解決方案運行時間，從而最大限度地降低硬件成本。由AWS亞馬遜云提供支持的Ansys Gateway使仿真用戶能夠自己做出明智的選擇。
展開 （Solver_Option = 0 是使用external 的 MOR_MUMPS.exe程序做matrix factorization,速度可提高數(shù)倍。MOR_MUMPS.exe是自己寫的C語言程序，用到了GNU MUMPS linear solver library和BLAS library, 需用GNU fortran 和 gcc 編譯).
ANSYS模型的MOR步驟：
Model Order Reduction using Ansys & Matlab.rar
(1): 在ANSYS里建模，mesh,以及加載 （不必求解）。
(2): 用HBMAT命令輸出system matrice文件(Example.mac里有對應(yīng)的code).
(3): 在Matlab里讀入system matrice文件進行MOR(code在MOR_ODE.m里).
(4): 在Matlab里用ODE solver求解并project solution back 得到原模型上的解。
限制： 模型必需是linear system response model.
ansys.dat 中包含了用ANSYS得到的MX和MN點的溫度變化曲線， 用來和MOR結(jié)果做比較。
下圖顯示了用matlab/MOR求解ANSYS模型結(jié)果和直接用ANSYS simulation的結(jié)果的比較，可以看出結(jié)果完全一樣，求解速度提高400倍！
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本文原刊登于Ansys.com：《Race to Faster Fluent Results with Ansys Gateway Powered by AWS》
作者：Thomas Lejeune | Ansys產(chǎn)品營銷高級經(jīng)理
編輯整理：郭曉東 | Ansys主任應(yīng)用工程師
Ansys Fluent用戶需要出色的計算速度和功能來求解大規(guī)模的問題，而他們現(xiàn)在可以利用專用的云平臺
聲明：貼主目前正在學習ABAQUS，對UMAT有一點淺淺的了解，若有不對的地方，請理性留言討論。
貼主的ABAQUS模型即使使用工作站，一運行也好幾天，苦惱不已，因此萌生了探討影響計算速度的相關(guān)因素的想法。
首先影響ABAQUS運行速度的最主要因素是模型的復雜程度，但往往模型是不易更改的，因此本文不做討論，而著重討論容易更改的部分，進而提高ABAQUS的運行效率。以下對計算效率的討論均使用了使用
Abaqus有非常豐富的單元庫，其中就有軸對稱單元，比如CAX4（I/R/H/T），當一個回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有某種載荷對稱性時，可以用它將三維模型縮減為軸對稱模型來分析，能減少大量的內(nèi)存和分析時間，而同樣的模型規(guī)模，3D實體單元要更耗費計算資源。
那么，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受到側(cè)向彎曲或軸向扭轉(zhuǎn)的載荷時，有沒有類似的單元可以用呢？
橡膠阻尼器的內(nèi)摩擦生熱分析-節(jié)點溫度云圖
比如，假設(shè)上圖中的阻尼器不再是長方體
在ABAQUS幫助文件中說，一個有限元模型在分析計算中，會生成兩種臨時文件，第一種臨時文件是必須放在內(nèi)存中，第二種臨時文件可以放在硬盤里也可以放在內(nèi)存中。由于內(nèi)存讀寫速度比硬盤讀寫速度快，所以如果計算機配置不變的情況下，要達到最快計算速度，就要在計算時讓兩種臨時文件都放在內(nèi)存中。在計算前進行datacheck，然后在dat文件中會告訴你能使模型計算所需最小的內(nèi)存量，也就是在計算中所生成的第一種文件的大小
如何提高ABAQUS計算速度
當問題的自由度和復雜程度比較小的時候，計算速度也許不是什么太大的問題，但當自由度很多，比如幾百萬個自由度，又有復雜的接觸搜索計算時，計算速度就很重要了。
最近在做一些Fast simulation的工作，用到了Model Order Reduction (MOR),覺得十分有用，在這里推薦給大家，并且附上ANSYS 和Matlab的source code.現(xiàn)在最流行的MOR主要基于Krylov subspace projection method, 基本原理如下：
假設(shè)原來的linear system model的node數(shù)是N (NxN的矩陣）,
當問題的自由度和復雜程度比較小的時候，計算速度也許不是什么太大的問題，但當自由度很多，比如幾百萬個自由度，又有復雜的接觸搜索計算時，計算速度就很重要了。我不精通計算機原理，但在Windows和Linux上安裝使用過32位和64位ABAQUS，也在64位工作站上用Linux并行計算過，對計算速度有一點自己的心得，寫出來和大家討論下，對計算機比較精通的，希望能解釋下原理和表達下自己的看法。
