Statisk analyse av en storskala modell av et formverktøy¶

Dette er et eksempel på lineær statisk analyse der et jevnt fordelt trykk påføres en formverktøysammenstilling. Det finnes 4 nett med andreordens tetraederelementer, fra omtrent 1 million til omtrent 210 millioner noder.

Den største modellen, Mold_200mil, er blitt kjørt på 13 beregningsnoder med 208 prosesser, og eksemplet viser hvor store modeller med geometri som brukes i praktiske anvendelser, kan håndteres. De 4 modellene har samme geometri, materiale og randbetingelser og skiller seg bare i nettfinhet, slik at de også kan brukes til å sammenligne hvordan modellstørrelsen påvirker nøyaktighet og beregningsressurser.

Formverktøymodellens samlede geometri, nedre geometri og snitt

Figur 1. Formverktøysammenstilling: alle deler, nedre deler og snitt.

Analysemodell¶

De 4 modellene har samme geometri, materiale og randbetingelser og skiller seg i nettfinhet.

Element	Innhold
Geometri og forbindelser	Formverktøysammenstilling. Delene er koblet sammen med delte noder
Elementer	Andreordens tetraederelementer
Materiale	Structural Steel, lineært elastisk materiale. Youngs modul 200 GPa, Poissons tall 0.3
Last	Jevnt fordelt trykk på 1 MPa på oversiden (flategruppe `PRESSURE1`)
Fastholding	Alle 3 translasjonskomponentene på undersiden er fastholdt (nodegruppe `CONSTRAINT1`)

Plassering av last og fastholding på formverktøyet samt elementflategrupper på produktoverflaten

Figur 2. Trykklast, forskyvningsbegrensninger og flategrupper på produktoverflaten.

Analyseresultater¶

Forskyvning og spenning etter nettstørrelse¶

Modellnavn	Minste Z-forskyvning (mm)	Maksimal von Mises-spenning, nodeverdi (MPa)	Maksimal von Mises-spenning, elementverdi (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

Når nettet forfines, blir endringen i den minste Z-forskyvningen mindre, og forskjellen mellom de 2 største nettene er 0.0007 mm med presisjonen som vises i tabellen. Den maksimale von Mises-spenningen fortsetter derimot å øke både for nodeverdiene og elementverdiene. For å avgjøre om spenningen konvergerer eller om det finnes en singularitet, må plasseringen av maksimalverdien og den omkringliggende geometrien og randbetingelsene undersøkes.

Mold_001mil	Mold_011mil

Mold_055mil	Mold_200mil

Figur 3. Nett og von Mises-spenning i nodene for de 4 modellstørrelsene (MPa).

Figur 3 viser verdier ekstrapolert til nodene (NodalMISES), og tegnforklaringen er fastsatt til 0〜50 MPa i alle figurene. Forskjellene mellom nettene kan sammenlignes ved hjelp av elementkantene.

Registrering av storskala kjøring¶

Beregningene ble utført i juli 2020 med FrontISTR 5.1.0, CG-metoden, en konvergensterskel på 1.0E-06 og maksimalt 100,000 iterasjoner. Kjøremiljøet var en PC-klynge, der hver beregningsnode hadde 2 Xeon E5-2670-prosessorer (2.6 GHz, 8 kjerner) og 128 GB minne, og nodene var koblet sammen med InfiniBand FDR. Parallelliseringsmetoden var Flat MPI (1 prosess med 1 tråd).

Modellnavn	MPI-prosesser (beregningsnoder)	Prekondisjonering	Iterasjoner	Løsertid (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）	Diagonal skalering	92,626	96,969.34

Tidene er solve-verdiene fra kjøreloggene. Mold_200mil fikk for lite minne selv på 13 beregningsnoder når AMG ble brukt, så prekondisjoneringen ble endret til diagonal skalering. Antall iterasjoner ble 92,626, og beregningstiden ble omtrent 27 timer.

Analysedata¶

Modellnavn	Noder	Elementer	Komprimert størrelse	Nedlasting
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 deler (nedenfor)

Dataversjonen er 1.0.0.

Nedlasting av Mold_200mil¶

Mold_200mil overskrider grensen for 1 fil (5 GB), og er derfor registrert i 5 deler på 2 GiB hver. Last ned alle filene til samme katalog, og slå dem deretter sammen.

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 for den sammenslåtte filen er c67d5b8990302c84103de7e8a2848449f0035f7813cd122fb443e206f38b8606.

Referanser¶

Bidragsytere¶

Opprettelse av CAD- og inndata: TechnoStar
Konvertering til FrontISTR og parallell analyse: Yamaguchi og Inagaki