Обновления исследований и решателей

Версия COMSOL Multiphysics® 5.3a содержит новую функцию понижения порядка модели, имеет большую гибкость при комбинировании решений и опцию повторного использования уже рассчитанных данных. Ниже приведено более подробное описание всех обновлений, относящихся к исследованиям и решателям.

Понижение порядка модели

В версии COMSOL Multiphysics® 5.3a была реализован новый подход к понижению порядка моделей, при котором процессы построения и использования моделей низкого порядка отделены друг от друга. Понижение порядка — это общее название для ряда численных методов, которые используются для построения более эффективных моделей за счет уменьшения количества степеней свободы, входящих в решение. Модель низкого порядка является приближением к исходной модели и используется для ускорения процесса решения. Такие модели применяются, например, когда необходимо много раз производить однотипные вычисления с использованием разных входных параметров. Перед понижением порядка модели пользователь определяет набор входных и выходных параметров, а также метод понижения порядка (Modal (Модальный) или AWE (Метод асимптотического анализа формы сигнала) в COMSOL Multiphysics®). Затем, на основе заданного соотношения между входными и выходными параметрами и определяемой пользователем степени точности, строится модель модель низкого порядка, максимально точно воспроизводящая исходную.

В рамках нового подхода было добавлено отдельное исследование по понижению порядка, поддерживающее модальный решатель и решатель на основе асимптотического анализа формы сигнала (AWE-решатель). Можно решать нестационарные задачи или проводить параметрический анализ по частоте непосредственно в исследовании по понижению порядка, а также, при желании, понижать порядок модели и использовать ее в другом контексте. В моделях низкого порядка можно задавать выходные глобальные переменные и реконструировать выбранные части исходной модели. При использовании модального решателя входные переменные управляющего элемента модели низкого порядка могут быть заданы через глобальные параметры и глобальные выражения, что позволяет свободно управлять моделями низкого порядка. Модели низкого порядка, создаваемые модальным решателем, также могут быть использованы для извлечения системных матриц приведенной линейной системы через API Java® или с помощью LiveLink™ for MATLAB®, включая матрицы на форме пространств состояний.

Обратите внимание, что исследование Model Reduction (Понижение порядка модели) доступно в контекстном меню Study (Исследование), только если у вас включен параметр Advanced Study Options (Дополнительные параметры исследования).


Рабочий процесс понижения порядка модели выглядит следующим образом:

  1. Выберите метод понижения порядка: Modal (Модальный) или AWE (Метод асимптотического анализа формы сигнала)
    a. Для метода Modal (Модальный), выберите исследование Training (Обучение), которое будет использоваться: шаг исследования Eigenvalue (Собственное значение) или Eigenfrequency (Собственная частота)
  2. Задайте модель высокого порядка путем выбора совместимого отдельного шага исследования
    a. Для метода Modal (Модальный), задайте входные переменные управляющих элементов модели низкого порядка
  3. Задайте выходные переменные модели низкого порядка
  4. Проведите расчеты и получите модель низкого порядка, соответствующую заданным настройкам
    a. Модель низкого порядка будет находиться в узле Global Definitions (Глобальные определения)

Распараллеленый алгебраический многосеточный метод сглаженной агрегации (Распараллеленый SA-AMG)

Настройка SA-AMG распараллелена. Решатель SA-AMG используется в первую очередь для моделирования задач вычислительной гидродинамики, а на этапе настройки SA-AMG теперь используются преимущества многоядерных систем и распределенной памяти. Это приводит к более быстрой настройке на многоядерных процессорах и уменьшению пиковой нагрузки на память на кластерах.

Возможность удаления выборок при объединении решений

Функция Combine Solutions (Комбинирование решений) позволяет теперь сохранять только выбранные части решения, например, выбранные диапазоны времени, собственных частот и других параметров. Это полезно для сокращения объема данных, хранящихся для больших моделей, а также для фильтрации ненужных решений для целей постобработки.

Расчет взвешенных сумм решений

Новая настройка функции Combine Solutions (Комбинирование решений) позволяет вычислить взвешенную сумму решений, например, взвешенную сумму времен, собственных частот и других параметров.

Параметрический решатель собственных частот

Шаги исследования Eigenfrequency (Собственные частоты) и Eigenvalue (Собственные значения) теперь поддерживают вспомогательный параметрический анализ, как и шаг исследования Time Dependent (Зависящий от времени). По сравнению с исследованием Parametric Sweep (Параметрический анализ) исследование Auxiliary sweep (Вспомогательный параметрический анализ) использует более эффективный алгоритм для изменения параметров, что сокращает время вычисления и объем выделяемой памяти, когда это возможно. На кластерах можно использовать опцию Distribute parametric solver (Распределить параметрический решатель), что очень эффективно для задач, которые вписываются в один узел для каждого значения параметра.

Повторное использование результатов расчета

Появились новые настройки, позволяющие повторно использовать данные в линейных решателях, что во многих случаях может значительно повысить производительность. Производительность ряда линейных решателей улучшается за счет повторного использования данных из предыдущих шагов в нелинейных, нестационарных и параметрических решателях. Для больших моделей улучшение производительности может составлять до 30 если в нелинейных итерациях используется прямой линейный решатель.

Новые опции повторного использования данных включены по умолчанию и могут увеличить использование памяти. Новые опции в некоторых случаях слабо зависят от матрицы системы, а это означает, что они могут изменить скорость сходимости. Когда данные используются повторно и возникают проблемы со сходимостью, соответствующие данные решателя обновляются.

Новые настройки прекращения работы итеративного решателя

Теперь можно контролировать относительную невязку с отдельным допуском при использовании левого предобусловливания в итеративном решателе. Новое требование к невязке гарантирует, что итеративный решатель не прекращает свою работу слишком рано при использовании левого предобусловливания, что улучшает устойчивость итеративного решателя.

Новая настройка также позволяет завершить работу на промежуточных шагах нелинейного решателя за меньшее число итераций. Эта настройка позволяет вам контролировать работу, выполняемую линейным решателем на каждом нелинейном шаге. Число итераций на последнем шаге нелинейного решателя по-прежнему контролируется параметром Maximum number of iterations (Максимальное число итераций).

Поддержка автоматического оценивания масштабов безматричным форматом

Безматричный формат теперь автоматически оценивает масштабы своих полевых компонентов. Это может привести к значительному улучшению скорости сходимости для метода граничных элементов (BEM), в котором безматричный формат используется быстрым решателем.

Новые пакетные и кластерные опции при запуске в пакетном режиме

COMSOL Multiphysics® поддерживает несколько различных типов параметрического анализа, включая Distributed Parametric Sweep (Распределенный параметрический анализ), Batch Sweep (Пакетный анализ) и Cluster Sweep (Кластерный анализ). С одной стороны, Distributed Parametric Sweep обрабатывает различные параметры параллельно с MPI-заданием, где для вычислений, соответствующих различным параметрам, используются разные процессы. С другой стороны, Batch Sweep либо Cluster Sweep запускают несколько процессов параллельно, выполняют их независимо и затем собирают результат в основной процесс, который привязан к пользовательскому интерфейсу. В предыдущих версиях программного обеспечения COMSOL® было невозможно запустить Batch Sweep или Cluster Sweep из пакетной команды, теперь эта функциональность доступна при использовании новых параметров командной строки -mode batch и -mode desktop. Эта функциональность может быть полезна, если вы запускаете программное обеспечение в системе, где по какой-либо причине нет доступа к пользовательскому интерфейсу.

В большинстве случаев легче работать с типом анализа Distributed Parametric Sweep (Распределенный Параметрический Анализ), поскольку вы просто устанавливаете флажок Distributed parametric sweep и запускаете расчет в распределенном режиме. Типы параметрического анализа Batch Sweep (Пакетный Анализ) и Cluster Sweep (Кластерный Анализ) требуют настройки некоторых путей и других параметров. Типы анализа Batch Sweep и Cluster Sweep предпочтительнее, если вы хотите сделать расчет надежнее при возможных проблемах со сходимостью или если вам нужна возможность перезапуска отдельных параметров. Обратите внимание, что Distributed Parametric Sweep и Cluster Sweep доступны только для плавающей сетевой лицензии, а Batch Sweep доступен для однопользовательских лицензий.

Имеется несколько новых параметров командной строки при запуске в пакетном режиме из командной строки операционной системы. Параметры -clearmesh и -clearsolution очищают сетки и решения соответственно перед сохранением модели в файле. Это полезно, если вы хотите сохранить в выходном файле только скалярные данные, например данные c датчика. Параметры -cancel и -stop отменяют и останавливают пакетное задание, которое уже выполняется. Параметр -jobfile <filename> считывает файл, содержащий список входных файлов, и запускает пакетное задание для каждого входного файла. Можно также запускать вызовы методов из пакета с параметром -methodcall <method name>, где method name (название метода) является тегом функции Method Call (Вызов Метода).

Обновления для кластерных вычислений и удаленных вычислений

Теперь в кластерных вычислениях поддерживаются PBS-планировщики. В настройках Remote Computing (Удаленные вычисления) теперь есть опции для сохранения в файл строк пакетной команды, используемых COMSOL Multiphysics®, для сохранения списка всех файлов, которые должны быть переданы на удаленный компьютер, и для сохранения списка файлов, которые должны быть переданы обратно. Это позволяет запускать пакетные задания удаленно в тех случаях, когда к удаленному компьютеру не удается получить доступ с компьютера, создающего пакетные задания. После завершения пакетных заданий и копирования полученных файлов с удаленного компьютера результаты вычислений обновляются.

Снимок экрана с настройками Remote Computing (Удаленные вычисления) в пакете COMSOL Multiphysics.

Новые настройки Remote Computing (Удаленные вычисления) в окне Preferences (Пользовательские настройки).

Новые настройки Remote Computing (Удаленные вычисления) в окне Preferences (Пользовательские настройки).