ANSYS常用求解器性能

2017-03-02  by:CAE仿真在线  来源:互联网

1求解器分类

1.1
直接求解器:稀疏矩阵求解器,波前求解器
1.2
迭代求解器:预条件求解器(PCG),雅可比共轭梯度求解器(JCG),非完全共轭梯度求解器(ICCG)
1.3
特殊求解器(需要并行license PPFA):AMG,DPSRSE,DPCG,DJCG……

2
求解器介绍

2.1
直接求解器

2.1.1
稀疏矩阵求解器(Sparse Director Solver)
稀疏求解法是使用消元为基础的直接求解法,在ANSYS10.0中其为默认求解选项。其可以支持实矩阵与复矩阵、对称与非对称矩阵、拉格朗日乘子。其支持各类分析,病态矩阵也不会造成求解的困难。稀疏矩阵求解器由于需要存储分解后的矩阵因此对于内存要求较高。其具有一定的并行性,可以利用到4-8cpu.
其具有3种求解方式:核内求解,最优核外求解,最小核外求解。强烈推荐使用核内求解,此时基本不需要磁盘的输入与输出,能大幅度提高求解速度;而核外求解会受到磁盘输入/输出速度的影响。对于复矩阵或非对称矩阵一般需要通常求解2倍的内存与计算时间。
相关命令:
bcsoption,,incoere 运行核内计算
bcsoption,,optimal 最优核外求解
bcsoption,,minimal 最小核外求解(非正式选项)
bcsoption,,force,memrory_size 指定ANSYS使用内存大小
/config,nproce,CPU_number 指定使用cpu的数目
2.1.2 波前求解器
程序通过三角化消去所有可以由其他自由度表达的自由度,知道最终形成三角
矩阵,求解器在三角化过程中保留的节点自由度数目称为波前,在所有自由度被处理后波前为0,整个过程中波前的最大值称为最大波前,最大波前越大所需内存越大。整个过程中波前的均方值称为RMS波前,RMS波前越大,求解时间越长
相关命令:EQSLV,FRONT 选用波前求解.

2.2
迭代求解器

2.2.1 PCG迭代求解器
其属于间接迭代法,收敛精度主要依赖于收敛准则,适用于静态、稳态、瞬态和子空间特征值分析,特别适合于结构分析,对于一些非线性分析也有较好的效果,在接触分析中当使用罚函数法及增强的拉格朗日法时也能使用。但对于拉格朗日法的接触分析以及不可压缩材料时不能使用。(适用于实矩阵、对称矩阵,不使用于复矩阵、非对称矩阵)
PCG求解器特点:1)由于不需要矩阵分析,所需内存比稀疏矩阵法少。2)对于中等或大尺寸模型,只要迭代合理,PCG比稀疏矩阵求解器快。3)需要核内求解。4)其很依赖于刚度矩阵的良性度,如矩阵为良性则求解速度好,反之效率较低,其单元长宽比要最好在10:1下。4)所需内存较大,一般为JCG的2倍,对于I/O要求较小。5)和其他迭代求解器相比,一般求解速度是JCG的4-10倍(固体结构单元)一般迭代次数在1500下速度优于稀疏求解法,超过1500则认为矩阵病态,可考虑使用其他求解器
PCG不为默认求解器,需要使用eqslv,PCG激活,其并行度在2cpu时性能可提高10-30%,,最高支持到16cpu,最高性能提高8倍.
2.2.2 JCG迭代求解器
JCG求解器只有在静态分析、安全谐波分析和完全瞬态分析才能使用,一般用来处理PCG不能处理的病态比较严重的问题。另外其缺省公差为1e-8,对一些问题其精度可能过高,可调整为1e-5,从而大大提高求解精度。
2.2.3ICCG求解器
其类似于JCG求解器,但比之使用了更加复杂的先决条件,所以在病态矩阵的求解上比JCG更好,但所用的内存也是JCG的2倍。同样也只能用于静态分析、安全谐波分析和完全瞬态分析。

2.3
特殊求解器
专为大型计算的求解器都需要专门的并行licens(PPFA)

2.3.1 AMG求解器(Algebraic Multigrid Solver)
AMG是一个专门为SMP系统服务的求解器,其适用于静态和完全瞬态分析,对于单场的结构分析十分有效,对于病态问题的求解性也优于JCG与ICCG求解器。
2.3.2其他分布式求解器
通用求解器如直接求解器,PCG,JCG,ICCG等都有对应的分布式求解器以适用于大型并行计算。这些分布式求解器即可以使用在单机多cpu环境下使用,也可以在多机多cpu环境下使用。

3求解器对内存及I/O需求

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