대규모 금형 모델의 정적 해석¶
금형 어셈블리에 균일 분포 압력을 가하는 선형 정적 해석 사례이다. 2차 사면체 요소를 사용하며 약 100만 절점부터 약 2.1억 절점까지 4종류의 메시가 있다.
가장 큰 Mold_200mil은 13노드 208프로세스로 실행한 실적이 있으며, 실무에서 사용되는 형상의 모델을 어느 규모까지 다룰 수 있는지를 보여 주는 사례로 활용할 수 있다. 4종류는 형상·재료·경계 조건이 같고 메시의 세밀함만 다르므로, 규모가 정확도와 계산 자원에 미치는 영향도 비교할 수 있다.
해석 모델¶
4종류의 모델은 형상·재료·경계 조건이 같고 메시의 세밀함이 다르다.
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 형상·연결 | 금형 어셈블리. 부품 간은 공유 절점으로 연결 |
| 요소 | 2차 사면체 요소 |
| 재료 | Structural Steel, 선형 탄성체. 영률 200 GPa, 포아송비 0.3 |
| 하중 | 상면에 균일 분포 압력 1 MPa(면 그룹 PRESSURE1) |
| 구속 | 하면의 병진 3성분을 고정(절점 그룹 CONSTRAINT1) |
해석 결과¶
메시 규모에 따른 변위와 응력¶
| 모델명 | Z 변위의 최솟값 (mm) | 최대 Mises 응력·절점값 (MPa) | 최대 Mises 응력·요소값 (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 |
메시를 세밀하게 할수록 Z 변위 최솟값의 변화 폭은 작아지며, 마지막 두 규모의 차이는 표에 표시된 값으로 0.0007 mm이다. 한편 최대 Mises 응력은 절점값과 요소값 모두 계속 증가한다. 응력의 수렴 여부나 특이점의 유무를 판단하려면 최댓값의 위치와 주변 형상·경계 조건을 조사해야 한다.
| Mold_001mil | Mold_011mil |
|---|---|
 |  |
| Mold_055mil | Mold_200mil |
 |  |
그림 3은 절점 외삽값(NodalMISES)을 표시하며, 범례는 모든 그림에서 0~50 MPa로 고정되어 있다. 요소의 모서리선에서 메시의 차이를 비교할 수 있다.
대규모 실행 기록¶
2020년 7월에 FrontISTR 5.1.0을 사용하여 CG법, 수렴 임계값 1.0E-06, 최대 반복 횟수 100,000회로 계산했다. 실행 환경은 PC 클러스터이며, 각 노드에 Xeon E5-2670(2.6 GHz, 8코어)을 2기, 메모리 128 GB를 탑재하고 InfiniBand FDR로 연결했다. 병렬 방식은 Flat MPI(1프로세스 1스레드)이다.
| 모델명 | MPI 프로세스 수(노드 수) | 전처리기 | 반복 횟수 | 솔버 시간 (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） | 대각 스케일링 | 92,626 | 96,969.34 |
시간은 실행 로그의 solve 값이다. Mold_200mil은 AMG를 사용하면 13노드에서도 메모리가 부족했기 때문에 전처리기를 대각 스케일링으로 변경했으며, 반복 횟수는 92,626회, 계산 시간은 약 27시간이다.
해석 데이터¶
| 모델명 | 절점 수 | 요소 수 | 압축 용량 | 다운로드 |
|---|---|---|---|---|
| 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 | 5개 분할(아래 참조) |
데이터 버전은 1.0.0이다.
Mold_200mil 가져오기¶
Mold_200mil은 파일당 한도(5 GB)를 초과하므로 2 GiB씩 5개로 분할하여 등록되어 있다. 모든 파일을 동일한 디렉터리에 내려받은 다음 결합한다.
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
결합 후 SHA-256은 c67d5b8990302c84103de7e8a2848449f0035f7813cd122fb443e206f38b8606이다.
참고 문헌¶
협력¶
- CAD 및 입력 데이터 작성: TechnoStar
- FrontISTR로 변환 및 병렬 해석: 야마구치 씨, 이나가키 씨