Suurikokoisen muottimallin staattinen analyysi¶

Tämä on lineaarisen staattisen analyysin esimerkki, jossa muottikokoonpanoon kohdistetaan tasaisesti jakautunut paine. Käytettävissä on neljä toisen kertaluvun tetraedrielementeistä muodostettua verkkoa, joiden koko vaihtelee noin miljoonasta solmusta noin 210 miljoonaan solmuun.

Suurin malli Mold_200mil on ajettu 13 laskentasolmulla ja 208 prosessilla, joten esimerkki osoittaa, minkä kokoisia käytännön sovelluksissa käytettyjen geometrioiden malleja voidaan käsitellä. Kaikissa neljässä mallissa geometria, materiaali ja reunaehdot ovat samat ja vain verkon tiheys vaihtelee, joten niiden avulla voidaan myös verrata mallin koon vaikutusta tarkkuuteen ja laskentaresursseihin.

Muottimallin kokonaisgeometria, alaosan geometria ja leikkaus

Kuva 1. Muottikokoonpano: kaikki osat, alaosat ja leikkaus.

Analyysimalli¶

Kaikissa neljässä mallissa geometria, materiaali ja reunaehdot ovat samat, mutta verkon tiheys vaihtelee.

Kohta	Kuvaus
Geometria ja liitokset	Muottikokoonpano. Osat on yhdistetty yhteisillä solmuilla.
Elementit	Toisen kertaluvun tetraedrielementit
Materiaali	Structural Steel, lineaarinen elastinen materiaali. Youngin moduuli 200 GPa, Poissonin luku 0.3
Kuorma	Tasaisesti jakautunut paine 1 MPa yläpinnalle (pintaryhmä `PRESSURE1`)
Kiinnitys	Alapinnan kaikki kolme siirtymäkomponenttia kiinnitetty (solmuryhmä `CONSTRAINT1`)

Muotin kuorman ja kiinnityksen sijainnit sekä tuotepinnan elementtipintaryhmät

Kuva 2. Painekuorma, siirtymäkiinnitykset ja tuotepinnan ryhmät.

Analyysitulokset¶

Siirtymä ja jännitys verkon koon mukaan¶

Mallin nimi	Z-siirtymän minimi (mm)	Mises-jännityksen maksimi, solmuarvo (MPa)	Mises-jännityksen maksimi, elementtiarvo (MPa)
Mold_001mil	-0.2527	118.2	75.9
Mold_011mil	-0.2638	130.7	101.3
Mold_055mil	-0.2659	189.9	156.5
Mold_200mil	-0.2666	250.4	213.1

Kun verkkoa tihennetään, Z-siirtymän minimiarvon muutos pienenee; kahden suurimman verkon välinen ero on taulukossa esitetyllä tarkkuudella 0.0007 mm. Sen sijaan Mises-jännityksen maksimi kasvaa edelleen sekä solmu- että elementtiarvoissa. Jännityksen suppenemisen tai singulariteetin olemassaolon arvioimiseksi on tarkasteltava maksimiarvon sijaintia sekä sitä ympäröivää geometriaa ja reunaehtoja.

Mold_001mil	Mold_011mil

Mold_055mil	Mold_200mil

Kuva 3. Verkko ja solmuihin ekstrapoloitu von Mises -jännitys neljälle mallikoolle (MPa).

Kuvassa 3 esitetään solmuihin ekstrapoloidut arvot (NodalMISES), ja selite on kaikissa kuvissa kiinnitetty välille 0–50 MPa. Verkkojen eroja voidaan verrata elementtien särmien perusteella.

Suuren mittakaavan ajon tiedot¶

Laskennat tehtiin heinäkuussa 2020 FrontISTR 5.1.0:lla käyttäen CG-menetelmää, suppenemiskynnystä 1.0E-06 ja enintään 100,000 iteraatiota. Ajoympäristönä oli PC-klusteri, jonka jokaisessa laskentasolmussa oli kaksi Xeon E5-2670 -prosessoria (2.6 GHz, 8 ydintä), 128 GB muistia ja InfiniBand FDR -yhteys. Rinnakkaislaskentatapana käytettiin Flat MPI:tä (1 prosessi, 1 säie).

Mallin nimi	MPI-prosessit (laskentasolmut)	Esikonditionointi	Iteraatiot	Ratkaisijan aika (s)
Mold_001mil	32 (2)	AMG (ML)	611	80.16
Mold_011mil	64 (4)	AMG (ML)	854	782.65
Mold_055mil	128 (8)	AMG (ML)	778	2,015.05
Mold_200mil	208 (13)	Diagonaalinen skaalaus	92,626	96,969.34

Ajat ovat ajolokin solve-arvoja. Mallissa Mold_200mil muisti loppui kesken AMG:tä käytettäessä jopa 13 laskentasolmulla, joten esikonditionoinniksi vaihdettiin diagonaalinen skaalaus. Tällöin iteraatioita oli 92,626 ja laskenta-aika oli noin 27 tuntia.

Analyysidata¶

Mallin nimi	Solmujen määrä	Elementtien määrä	Pakattu koko	Lataus
Mold_001mil	1,015,778	638,041	35.6 MB	Mold_001mil.tar.gz
Mold_011mil	11,036,922	7,617,345	461 MB	Mold_011mil.tar.gz
Mold_055mil	55,508,692	39,271,921	2.41 GB	Mold_055mil.tar.gz
Mold_200mil	209,893,102	151,044,460	9.58 GB	5 osaa (alla)

Dataversio on 1.0.0.

Mallin Mold_200mil lataaminen¶

Mold_200mil ylittää yhden tiedoston kokorajan (5 GB), joten se on rekisteröity viiteen 2 GiB:n osaan. Lataa kaikki tiedostot samaan hakemistoon ja yhdistä ne sen jälkeen.

for i in 00 01 02 03 04; do
  curl -fLO "https://gitlab.com/api/v4/projects/21515176/packages/generic/Mold_200mil/1.0.0/Mold_200mil.tar.gz.part$i"
done
cat Mold_200mil.tar.gz.part?? > Mold_200mil.tar.gz

Yhdistetyn tiedoston SHA-256 on c67d5b8990302c84103de7e8a2848449f0035f7813cd122fb443e206f38b8606.

Lähteet¶

Yhteistyö¶

CAD- ja syötetietojen laatiminen: TechnoStar
Muunnos FrontISTR-muotoon ja rinnakkaisanalyysi: Yamaguchi ja Inagaki