Lewati ke isi

Analisis Statik Model Cetakan Skala Besar

Studi kasus ini merupakan analisis statik linear dengan tekanan terdistribusi merata yang diterapkan pada rakitan cetakan. Tersedia empat jenis mesh dengan elemen tetrahedral orde dua, mulai dari sekitar 1 juta node hingga sekitar 210 juta node.

Model terbesar, Mold_200mil, telah dijalankan pada 13 node dengan 208 proses, sehingga studi kasus ini dapat digunakan untuk menunjukkan skala model bergeometri praktis yang dapat ditangani FrontISTR. Keempat model memiliki geometri, material, dan kondisi batas yang sama serta hanya berbeda dalam tingkat kehalusan mesh, sehingga pengaruh skala terhadap akurasi dan sumber daya komputasi juga dapat dibandingkan.

Geometri keseluruhan, geometri bagian bawah, dan penampang model cetakan

Gambar 1. Rakitan cetakan: seluruh bagian, bagian bawah, dan penampang.

Model Analisis

Keempat model memiliki geometri, material, dan kondisi batas yang sama serta berbeda dalam tingkat kehalusan mesh.

Item Deskripsi
Geometri dan koneksi Rakitan cetakan. Antarbagian dihubungkan melalui node bersama
Elemen Elemen tetrahedral orde dua
Material Structural Steel, elastis linear. Modulus Young 200 GPa, Rasio Poisson 0.3
Beban Tekanan terdistribusi merata 1 MPa pada permukaan atas (grup permukaan PRESSURE1)
Kekangan Ketiga komponen translasi pada permukaan bawah dikekang (grup node CONSTRAINT1)

Lokasi beban dan kekangan cetakan serta grup permukaan elemen pada permukaan produk

Gambar 2. Beban tekanan, kekangan perpindahan, dan grup permukaan produk.

Hasil Analisis

Perpindahan dan Tegangan Berdasarkan Skala Mesh

Model Perpindahan Z minimum (mm) Tegangan Mises maksimum, nilai node (MPa) Tegangan Mises maksimum, nilai elemen (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

Ketika mesh diperhalus, perubahan nilai minimum perpindahan Z semakin kecil; selisih antara dua skala terbesar adalah 0.0007 mm pada presisi yang ditampilkan dalam tabel. Sebaliknya, tegangan Mises maksimum terus meningkat baik untuk nilai node maupun nilai elemen. Untuk menentukan apakah tegangan telah konvergen atau terdapat singularitas, perlu diperiksa lokasi nilai maksimum serta geometri dan kondisi batas di sekitarnya.

Mold_001mil Mold_011mil
Pembesaran tegangan Mises: Mold_001mil Pembesaran tegangan Mises: Mold_011mil
Mold_055mil Mold_200mil
Pembesaran tegangan Mises: Mold_055mil Pembesaran tegangan Mises: Mold_200mil
Gambar 3. Mesh dan tegangan von Mises nodal untuk empat ukuran model (MPa).

Gambar 3 menampilkan nilai ekstrapolasi node (NodalMISES), dengan legenda ditetapkan pada 0–50 MPa untuk semua gambar. Perbedaan mesh dapat dibandingkan dari rusuk elemen.

Catatan Eksekusi Skala Besar

Perhitungan dilakukan pada Juli 2020 menggunakan FrontISTR 5.1.0 dengan metode CG, ambang konvergensi 1.0E-06, dan jumlah iterasi maksimum 100,000. Lingkungan eksekusi berupa klaster PC; setiap node dilengkapi dua Xeon E5-2670 (2.6 GHz, 8 core), memori 128 GB, dan terhubung dengan InfiniBand FDR. Mode paralelnya adalah Flat MPI (1 proses 1 thread).

Model Proses MPI (node) Prapengkondisi Iterasi Waktu solver (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) Penskalaan diagonal 92,626 96,969.34

Waktu tersebut adalah nilai solve dari log eksekusi. Mold_200mil kehabisan memori bahkan pada 13 node ketika AMG digunakan, sehingga prapengkondisi diubah menjadi penskalaan diagonal; jumlah iterasinya menjadi 92,626 dan waktu komputasinya sekitar 27 jam.

Data Analisis

Model Jumlah node Jumlah elemen Ukuran terkompresi Unduh
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 bagian (di bawah)

Versi data adalah 1.0.0.

Memperoleh Mold_200mil

Mold_200mil melampaui batas per file (5 GB), sehingga didaftarkan dalam lima bagian masing-masing 2 GiB. Unduh semua file ke direktori yang sama, lalu gabungkan.

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

SHA-256 setelah file digabung adalah c67d5b8990302c84103de7e8a2848449f0035f7813cd122fb443e206f38b8606.

Referensi

Kontributor

  • Pembuatan CAD dan data input: TechnoStar
  • Konversi ke FrontISTR dan analisis paralel: Yamaguchi dan Inagaki