Исследования и решатели

В COMSOL Multiphysics® версии 5.2a содержатся новые и обновленные решатели, добавлена поддержка поглощающих слоев для распространения волны во временной области, новая таблица Multiphysics (Мультифизика), позволяющая отключать и отключать мультифизические связи в исследовании, а также реализованы многие другие изменения. Ниже описаны все обновления COMSOL Multiphysics® версии 5.2a, имеющие отношение к исследованиям и решателям.

Новый решатель Smoothed Aggregation Algebraic Multigrid (AMG) (Алгебраическая мультисеточный решатель со сглаженной агрегацией)

Новый современный решатель для алгебраической мультисетки (AMG), который называется Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисеточный со сглаженной агрегацией), поможет в решении широкого спектра задач. Этот новый решатель лучше подходит для задач с сильной связью между переменными поля (например, для линейной упругости при анализе конструкций), чем доступный ранее классический алгебраический мультисеточный решатель. Основное преимущество метода алгебраических мультисеток по сравнению с методом геометрических мультисеток (GMG) заключается в том, что первый не требует создания сетки при достаточном уровне ее разреженности. Это полезно при использовании масштабных САПР-моделей, для которых создать грубую сетку может быть сложно или невозможно.

Сетка для анализа конструкции рамы с кронштейном. Как мы видим, создать для этой модели менее плотную сетку было бы невозможно. Модель содержит 250 000 четырехузловых тетраэдрических элементов и 1 282 тысячи степеней свободы. При использовании решателя Conjugate Gradients (Сопряженные градиенты) с новым оператором предобусловливания Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией) решение требует 51 итерации. На рабочей станции с процессором Intel® Xeon® E5-1650, 3,5 ГГц решение требует 3,5 ГБ оперативной памяти и занимает 65 секунд.

Сетка для анализа конструкции рамы с кронштейном. Как мы видим, создать для этой модели менее плотную сетку было бы невозможно. Модель содержит 250 000 четырехузловых тетраэдрических элементов и 1 282 тысячи степеней свободы. При использовании решателя Conjugate Gradients (Сопряженные градиенты) с новым оператором предобусловливания Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией) решение требует 51 итерации. На рабочей станции с процессором Intel® Xeon® E5-1650, 3,5 ГГц решение требует 3,5 ГБ оперативной памяти и занимает 65 секунд.

Сетка для анализа конструкции рамы с кронштейном. Как мы видим, создать для этой модели менее плотную сетку было бы невозможно. Модель содержит 250 000 четырехузловых тетраэдрических элементов и 1 282 тысячи степеней свободы. При использовании решателя Conjugate Gradients (Сопряженные градиенты) с новым оператором предобусловливания Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией) решение требует 51 итерации. На рабочей станции с процессором Intel® Xeon® E5-1650, 3,5 ГГц решение требует 3,5 ГБ оперативной памяти и занимает 65 секунд.

В основе метода алгебраической мультисетки со сглаженной агрегацией лежит кластеризация узлов в соответствии со степенями свободы в агрегаты на основании критерия связности. Затем каждый агрегат становится новым узлом на следующем уровне мультисетки, и алгоритм продолжает работу до тех пор, пока количество степеней свободы не станет достаточно малым.

Руководство Introduction to COMSOL Multiphysics (Введение в COMSOL Multiphysics) содержит подробные пошаговые инструкции по анализу сходимости сетки с использованием нового решателя Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией).

Напряжения, вычисленные в результате анализа конструкции рамы с кронштейном, и окно Settings (Настройки) для решателя Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией).

Напряжения, вычисленные в результате анализа конструкции рамы с кронштейном, и окно Settings (Настройки) для решателя Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией).

Напряжения, вычисленные в результате анализа конструкции рамы с кронштейном, и окно Settings (Настройки) для решателя Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией).

Анализ конструкции жесткой алюминиевой рамы горного велосипеда. Модель содержит 194 000 четырехузловых тетраэдрических элементов и 1 157 тысяч степеней свободы. При использовании решателя Conjugate Gradients (Сопряженные градиенты) с новым оператором предобусловливания Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией) решение требует 117 итераций. На рабочей станции с процессором Intel® Xeon® E5-1650, 3,5 ГГц решение требует 3,1 ГБ оперативной памяти и занимает 96 секунд.

Анализ конструкции жесткой алюминиевой рамы горного велосипеда. Модель содержит 194 000 четырехузловых тетраэдрических элементов и 1 157 тысяч степеней свободы. При использовании решателя Conjugate Gradients (Сопряженные градиенты) с новым оператором предобусловливания Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией) решение требует 117 итераций. На рабочей станции с процессором Intel® Xeon® E5-1650, 3,5 ГГц решение требует 3,1 ГБ оперативной памяти и занимает 96 секунд.

Анализ конструкции жесткой алюминиевой рамы горного велосипеда. Модель содержит 194 000 четырехузловых тетраэдрических элементов и 1 157 тысяч степеней свободы. При использовании решателя Conjugate Gradients (Сопряженные градиенты) с новым оператором предобусловливания Smoothed aggregation AMG (Алгебраическая мультисетка со сглаженной агрегацией) решение требует 117 итераций. На рабочей станции с процессором Intel® Xeon® E5-1650, 3,5 ГГц решение требует 3,1 ГБ оперативной памяти и занимает 96 секунд.

Путь в Библиотеке приложений:

Structural_Mechanics_Module/Applications/bike_frame_analyzer_llsw

Новый прямой решатель для кластеров

Добавлен новый прямой решатель для кластеров: Parallel Direct Sparse Solver for Clusters (Параллельный прямой разреженный решатель для кластеров) из программного продукта Intel® Math Kernel Library. При выборе настройки PARDISO при обработке моделей на кластерах этот решатель выбирается автоматически. Решатель PARDISO, используемый при вычислениях с общей оперативной памятью, также доступен в составе программного продукта Intel® Math Kernel Library. В предыдущих выпусках при выборе решателя PARDISO при обработке модели на кластере использовался решатель MUMPS, поскольку альтернативного прямого решателя для кластеров не было. Чтобы вернуться к прежнему методу, снимите флажок Parallel Direct Sparse Solver for Clusters (Параллельный прямой разреженный решатель для кластеров).

Обновленный решатель MUMPS

Прямой решатель MUMPS был улучшен. Теперь благодаря новой реализации параллелизма на основе OpenMP® API его производительность стала существенно выше.

Оптимизированный решатель Domain Decomposition (Декомпозиция области)

Решатель Domain Decomposition (Декомпозиция области) теперь лучше обрабатывает масштабные задачи, особенно в случае явлений с сильной мультифизической связью, для которых единственным вариантом раньше был прямой решатель.

  • По умолчанию для разделения областей этот решатель использует алгоритм METIS.
  • Решатель был улучшен: дополнен оптимизированным этапом настройки и более эффективными средствами связи при выполнении расчетов на кластерах.
  • Теперь неплотную сетку для этого решателя можно настроить с помощью алгебраических методов (AMG). Это рекомендуемый подход, потому что он позволяет использовать достаточно неплотные сетки и не требует построения сетки (которое при низкой плотности сетки и высокой сложности САПР-модели может завершиться ошибкой).

Путь к примеру, в котором используется оптимизированный решатель Domain Decomposition (Декомпозиция области):

Acoustics_Module/Tutorials/transfer_impedance_perforate

Скорость и итоговое акустическое давление в переходном полном сопротивлении модели с отверстиями. Решение модели при использовании GMRES и метода Domain Decomposition (Декомпозиция области) в качестве оператора предобусловливания занимает 18 итераций. Метод автоматически разделил вычисление на 30 подобластей, составляющих 10 групп областей. Для поиска решения для подобластей используется прямой решатель — единственный подходящий решатель для этой сильно связанной задачи. Расчет требует всего 14,3 ГБ ОЗУ благодаря пересчету и очистке коэффициентов LU между этапами решения для подобластей. Расчет занимает 1 час 21 минуту. Всего используется 2 579 тысяч степеней свободы и 409 тысяч тетраэдрических элементов. Для сравнения: при использовании прямого решателя требуется 120 ГБ памяти. Скорость и итоговое акустическое давление в переходном полном сопротивлении модели с отверстиями. Решение модели при использовании GMRES и метода Domain Decomposition (Декомпозиция области) в качестве оператора предобусловливания занимает 18 итераций. Метод автоматически разделил вычисление на 30 подобластей, составляющих 10 групп областей. Для поиска решения для подобластей используется прямой решатель — единственный подходящий решатель для этой сильно связанной задачи. Расчет требует всего 14,3 ГБ ОЗУ благодаря пересчету и очистке коэффициентов LU между этапами решения для подобластей. Расчет занимает 1 час 21 минуту. Всего используется 2 579 тысяч степеней свободы и 409 тысяч тетраэдрических элементов. Для сравнения: при использовании прямого решателя требуется 120 ГБ памяти.
Скорость и итоговое акустическое давление в переходном полном сопротивлении модели с отверстиями. Решение модели при использовании GMRES и метода Domain Decomposition (Декомпозиция области) в качестве оператора предобусловливания занимает 18 итераций. Метод автоматически разделил вычисление на 30 подобластей, составляющих 10 групп областей. Для поиска решения для подобластей используется прямой решатель — единственный подходящий решатель для этой сильно связанной задачи. Расчет требует всего 14,3 ГБ ОЗУ благодаря пересчету и очистке коэффициентов LU между этапами решения для подобластей. Расчет занимает 1 час 21 минуту. Всего используется 2 579 тысяч степеней свободы и 409 тысяч тетраэдрических элементов. Для сравнения: при использовании прямого решателя требуется 120 ГБ памяти.

Неотражающие поглощающие слои для моделирования волн с зависимостью от времени

Добавлена встроенная поддержка поглощающих слоев для распространения волны во временной области с использованием узлового разрывного метода Галеркина. В качестве неотражающих граничных условий используются поглощающие слои, созданные путем добавления дополнительных подобластей со свойством поглощающего слоя вне интересующей расчетной области; слои растягиваются посредством преобразования координат, а волны демпфируются с помощью методов фильтрации. Для внешней границы поглощающих слоев используется локальное граничное условие со слабым отражением.

Этот метод существенно уменьшает отражения от слоя, что позволяет использовать его в качестве метода общего назначения для уменьшения вычислительной области при решении задач о рассеянии и других задач, для которых требуются неотражающие граничные условия.

Путь к примерам, в которых используется новый разрывный метод Галеркина, в Библиотеке приложений:

Acoustics_Module/Ultrasound/ultrasound_flow_meter_generic

Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers

Гауссовские колебания давления на плоскости симметрии модели, в которой волны поглощаются в поглощающих слоях на левом и правом крае основного канала течения с использованием разрывного метода Галеркина, добавленного в последней версии. Гауссовские колебания давления на плоскости симметрии модели, в которой волны поглощаются в поглощающих слоях на левом и правом крае основного канала течения с использованием разрывного метода Галеркина, добавленного в последней версии.
Гауссовские колебания давления на плоскости симметрии модели, в которой волны поглощаются в поглощающих слоях на левом и правом крае основного канала течения с использованием разрывного метода Галеркина, добавленного в последней версии.

Параметрический анализ в пакетном режиме с использованием списка параметров

Теперь при проведении анализа вы можете передать на вход список значений параметров, не определяя их в пользовательском интерфейсе. Ранее для использования этой возможности требовалось настроить анализ в COMSOL Desktop®, выбрав Parametric Sweep (Параметрический анализ). Анализ проводится для каждого значения параметра с сохранением результатов в отдельном файле. Список также можно считать из файла.

Пример пакетной команды с использованием списка из двух параметров в качестве входных аргументов:

comsolbatch.exe -inputfile feeder_clamp.mph -pname D,d -plist 7,3.75,8,4,9,4.09,10,4.12,11,4.89,12,4.5

Следующая команда запускает тот же анализ, но для задания списка параметров используется файл parameters.csv:

comsolbatch.exe -inputfile feeder_clamp.mph -paramfile parameters.csv

Указание количества процессоров

Теперь COMSOL Multiphysics® позволяет не только задавать количество ядер с помощью соответствующей настройки, но и указывать количество физических процессоров на многопроцессорном компьютере. Эта настройка содержится в разделе Multicore and Cluster Computing (Многоядерные и кластерные вычисления) окна Preferences (Настройки).

Новые возможности избирательного включения и отключения мультифизических связей в исследовании

В предыдущих версиях пакета уже была доступна таблица физических интерфейсов, для которых требуется искать решение. Новая таблица Multiphysics (Мультифизика) позволяет включить или отключить отдельные мультифизические связи из числа доступных. Она упрощает последовательное наращивание сложности модели с сохранением предварительно сконфигурированных настроек мультифизических связей.

Включение и отключение бесконечных элементов и идеально согласованных слоев в исследовании

Узел Definitions (Определения) в дереве модели теперь позволяет включать и отключать узлы Infinite Element Domain (Область с бесконечными элементами) и Perfectly Matched Layer (Идеально согласованный слой) непосредственно из исследования. Чтобы активировать эту возможность, необходимо включить в исследовании настройку Modify physics tree and variables (Изменять дерево физики и переменные).


Intel and Xeon являются товарными знаками Intel Corporation или ее дочерних компаний в США и (или) других странах.

OpenMP и логотип OpenMP являются зарегистрированными товарными знаками OpenMP Architecture Review Board в США и других странах.