铸造模拟分析软件计算速度探讨

来源:技术邻

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当前铸造企业面临激烈的竞争市场,需要快速反应,才能保证竞争力。 铸造 CAE 目前已经作为铸造生产过程中重要的一环,计算效率也是设计人员关心的重点。

总结了以下几点影响铸造模拟分析计算速度的因素,供大家学习讨论:

1、 软件版本

2、 铸造模拟软件算法

3、 计算机配置

4、 并行计算

5、 网格数量、质量

6、 模型铸造类型、实际尺寸、边界条件

7、 运行参数控制

8、 计算内容(流动+凝固+应力+微观?)

9、计算机系统

1、 计算版本:

软件的计算版本不同,计算速率也可能不同,一般来说版本越新,计算速度更快。

例如官方称 ProCAST2013 版本以后较原来版本流场计算速率提高 50%以上。 本人测试过两个不同办法,发现计算速率大大提高,测试如下:

计算内容:

方案一:2009 版本 1 核

方案二:2009 版本 4 核并行计算

方案三:2015 版本 1 核

方案四:2015 版本 4 核并行计算通过以上四种方案来对比:

1、新版本和老版本的并行效率

2、新版本和老版本的计算速度

2009 版本 1 核计算2009 版本 4 核并行计算

2015 版本 1 核计算2015 版本 4 核并行计算

分析:

方案一,2009 版本 1 核计算时间大约为:239H

方案二,2009 版本 4 核并行时间大约为:67H(该方案并未最终计算完成,预计完成时间 75H)

方案三,2015 版本 1 核计算时间大约为:61H

方案四,2015 版本 4 核并行时间大约为:13H结论:

1、2009 4 核版本的加速比为 3.1 倍

2、2015 4 核版本的加速比为 4.6 倍3、2015 版本 1 核的计算速率要强与 2009 版本 4 核并行效率。

4、新版本求解器采用新算法以后,计算速度比老算法大大提高,尤其是体现在流场计算方面。计算速度大概提高 3.9 倍。

2、 计算机配置

计算机配置越高,一般情况下计算速度当然更快!

有限元:通常情况下,铸造有限元对计算机配置要求相对不高,简单件,普通笔记本即可完成计算。因为网格量往往在百万级别,所以配置计算机时,内存可以较低,适当追求 CPU。

有限差分:差分算法的网格更多,很多在千万级,因此对计算机要求更高,计算机追求高内存,高 CPU。

3、 铸造模拟软件算法

软件算法不同,计算速度也会不同。

一般情况下,若网格量相同,有限差分算法计算速度会快于有限元算法。但是同一个铸件,往往有限元的网格量会大大少于有限差分网格。尤其是模型越复杂,壁厚越不均匀,有限元网格优势更明显,综上所述,不太能准确比较两种算法的铸造软件谁更有速度优势。总体而言,两种算法软件计算速度差不多,一般件都能在几个小时内求解完成。

一般经验:

1、简单件、大笨件,差分计算更快。

2、小而精,复杂件,有限元计算更快。

3、因为差分软件计算应力的局限性,有限元应力计算优势明显。

4、 并行计算

并行计算可以调用多核 CPU 共同求解一个模型,使得计算效率大大提高。调用不同的核数可以成倍减少计算时间。

5、 网格数量、质量

网格数量:模型网格数量多少决定了软件的工作量,直接影响计算的时长。 一般而言网格量越多计算精度越高(网格过多,会放大迭代误差),但是计算时间会越长。相反,网格量少,计算速度越快,精度会降低。

网格质量: 网格质量好,收敛好,计算速率快。 质量差会影响软件收敛性,会增长软件的收敛时间。

6、 模型铸造类型、实际尺寸、边界条件

此外,计算时长不同也会受到铸造工艺类型、实际铸件尺寸、边界条件等因素影响。

一般实际冷却较快的工艺,如金属型重力铸造,压力铸造等实际冷却较快的生产工艺,模拟时长较短。而砂铸,尤其是大型砂铸,实际冷却非常慢(有些实际冷却可能需要以月计算),计算需要迭代的次数也会增加,时长会增长。

7、 运行参数控制

运行参数对计算速度也有较大影响。例如:

1、 计算的停止条件,是计算到室温停止,还是计算到固相线以下停止?

2、 最大时间步长,增加最大时间步长,一般会加快计算速度,精度会降低。一般建议大型砂铸,可以适当提高 DTMAX 以提高计算速度。

3、 保存频率,计算结果的保持频率(默认 10 步一存),保存频率高也会影响计算速度。

8、 计算内容(流动+凝固+应力+微观?)

计算内容,也是影响计算速度的关键因素。一般来说计算内容越少,计算的速度越快。分开多个场计算(如:流场+温度场,温度场+应力场),比多场耦合计算快。

一般情况,计算速度上温度场计算>流场计算>应力场计算

9、计算机系统

计算机操作系统对数值计算的速度也有影响,一般情况下,LINUX 系统计算速度会快于 WINDOWS 系统。

总结:

综合以上,很难以某一个因素来评估计算时长(通常大部分工程师习惯用网格量多少来探讨),因为影响铸造模拟分析速度是很多综合因素影响。

目前计算机水平和软件水平,无论是有限元算法还是差分算法,大体上能够保证一般铸件能够在几小时内完成一般内容的铸造模拟分析,基本可以满足使用需求。

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