ข้ามไปที่เนื้อหา

การวิเคราะห์สถิตของแบบจำลองแม่พิมพ์ขนาดใหญ่

กรณีศึกษานี้เป็นการวิเคราะห์สถิตเชิงเส้นที่ใช้ความดันกระจายสม่ำเสมอกับชุดประกอบแม่พิมพ์ มีเมช 4 แบบที่ใช้เอลิเมนต์ทรงสี่หน้าอันดับสอง ตั้งแต่ประมาณ 1 ล้านโหนดจนถึงประมาณ 210 ล้านโหนด

แบบจำลองขนาดใหญ่ที่สุด Mold_200mil มีประวัติการรันด้วย 13 โหนด 208 โปรเซส จึงใช้เป็นกรณีศึกษาที่แสดงให้เห็นว่า FrontISTR สามารถรองรับแบบจำลองที่มีรูปทรงซึ่งใช้ในงานจริงได้ถึงขนาดใด แบบจำลองทั้ง 4 แบบมีรูปทรง วัสดุ และเงื่อนไขขอบเขตเหมือนกัน ต่างกันเฉพาะความละเอียดของเมช จึงสามารถใช้เปรียบเทียบผลของขนาดแบบจำลองต่อความแม่นยำและทรัพยากรการคำนวณได้ด้วย

รูปทรงโดยรวม รูปทรงส่วนล่าง และหน้าตัดของแบบจำลองแม่พิมพ์

รูปที่ 1 ชุดประกอบแม่พิมพ์: ชิ้นส่วนทั้งหมด ชิ้นส่วนด้านล่าง และหน้าตัด

แบบจำลองการวิเคราะห์

แบบจำลองทั้ง 4 แบบมีรูปทรง วัสดุ และเงื่อนไขขอบเขตเหมือนกัน และแตกต่างกันที่ความละเอียดของเมช

รายการ รายละเอียด
รูปทรงและการเชื่อมต่อ ชุดประกอบแม่พิมพ์ ชิ้นส่วนเชื่อมต่อกันด้วยโหนดร่วม
เอลิเมนต์ เอลิเมนต์ทรงสี่หน้าอันดับสอง
วัสดุ เหล็กโครงสร้าง ตัววัสดุยืดหยุ่นเชิงเส้น มอดูลัสของยัง 200 GPa อัตราส่วนปัวซอง 0.3
โหลด ความดันกระจายสม่ำเสมอ 1 MPa บนผิวด้านบน (กลุ่มผิว PRESSURE1)
ข้อจำกัด ยึดองค์ประกอบการเลื่อนที่ทั้ง 3 องค์ประกอบของผิวด้านล่างไว้คงที่ (กลุ่มโหนด CONSTRAINT1)

ตำแหน่งโหลดและข้อจำกัดของแม่พิมพ์ และกลุ่มผิวเอลิเมนต์บนผิวผลิตภัณฑ์

รูปที่ 2 โหลดความดัน ข้อจำกัดการกระจัด และกลุ่มผิวผลิตภัณฑ์

ผลการวิเคราะห์

การกระจัดและความเค้นตามขนาดเมช

ชื่อแบบจำลอง ค่าต่ำสุดของการกระจัด Z (mm) ความเค้นมิเซสสูงสุด ค่าที่โหนด (MPa) ความเค้นมิเซสสูงสุด ค่าที่เอลิเมนต์ (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

เมื่อทำเมชให้ละเอียดขึ้น ช่วงการเปลี่ยนแปลงของค่าต่ำสุดของการกระจัด Z จะเล็กลง โดยความแตกต่างระหว่างสองขนาดสุดท้ายมีค่า 0.0007 mm ตามความละเอียดของค่าที่แสดงในตาราง ในทางกลับกัน ความเค้นมิเซสสูงสุดยังคงเพิ่มขึ้นทั้งค่าที่โหนดและค่าที่เอลิเมนต์ การพิจารณาว่าความเค้นลู่เข้าหรือมีจุดเอกฐานหรือไม่นั้น จำเป็นต้องตรวจสอบตำแหน่งของค่าสูงสุด ตลอดจนรูปทรงและเงื่อนไขขอบเขตโดยรอบ

Mold_001mil Mold_011mil
ภาพขยายความเค้นมิเซส: Mold_001mil ภาพขยายความเค้นมิเซส: Mold_011mil
Mold_055mil Mold_200mil
ภาพขยายความเค้นมิเซส: Mold_055mil ภาพขยายความเค้นมิเซส: Mold_200mil
รูปที่ 3 เมชและความเค้นมิเซสที่โหนดสำหรับแบบจำลองทั้งสี่ขนาด (MPa)

รูปที่ 3 แสดงค่าที่เอ็กซ์ทราโพเลตไปยังโหนด (NodalMISES) โดยกำหนดช่วงคำอธิบายสีไว้ที่ 0〜50 MPa เหมือนกันในทุกรูป สามารถเปรียบเทียบความแตกต่างของเมชได้จากขอบของเอลิเมนต์

บันทึกการรันขนาดใหญ่

การคำนวณดำเนินการในเดือนกรกฎาคม 2020 โดยใช้ FrontISTR 5.1.0 ด้วยวิธี CG เกณฑ์การลู่เข้า 1.0E-06 และจำนวนรอบการทำซ้ำสูงสุด 100,000 รอบ สภาพแวดล้อมการรันเป็นคลัสเตอร์พีซี แต่ละโหนดติดตั้ง Xeon E5-2670 สองตัว (2.6 GHz, 8 คอร์) หน่วยความจำ 128 GB และเชื่อมต่อด้วย InfiniBand FDR รูปแบบการประมวลผลแบบขนานคือ Flat MPI (1 โปรเซส 1 เธรด)

ชื่อแบบจำลอง จำนวนโปรเซส MPI (จำนวนโหนด) การปรับสภาพล่วงหน้า จำนวนรอบการทำซ้ำ เวลาตัวแก้สมการ (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） การสเกลแนวทแยง 92,626 96,969.34

เวลาคือค่าของ solve ในบันทึกการรัน สำหรับ Mold_200mil เมื่อใช้ AMG หน่วยความจำไม่เพียงพอแม้ใช้ 13 โหนด จึงเปลี่ยนการปรับสภาพล่วงหน้าเป็นการสเกลแนวทแยง ส่งผลให้จำนวนรอบการทำซ้ำเป็น 92,626 รอบ และเวลาในการคำนวณประมาณ 27 ชั่วโมง

ข้อมูลการวิเคราะห์

ชื่อแบบจำลอง จำนวนโหนด จำนวนเอลิเมนต์ ขนาดเมื่อบีบอัด ดาวน์โหลด
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 แบ่งเป็น 5 ส่วน (ด้านล่าง)

เวอร์ชันข้อมูลคือ 1.0.0

การดาวน์โหลด Mold_200mil

Mold_200mil มีขนาดเกินขีดจำกัดต่อไฟล์ (5 GB) จึงลงทะเบียนไว้โดยแบ่งเป็น 5 ส่วน ส่วนละ 2 GiB ให้ดาวน์โหลดไฟล์ทั้งหมดไว้ในไดเรกทอรีเดียวกัน แล้วจึงนำมาต่อรวมกัน

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 ของไฟล์หลังการรวมคือ c67d5b8990302c84103de7e8a2848449f0035f7813cd122fb443e206f38b8606

เอกสารอ้างอิง

ผู้ร่วมจัดทำ

  • การสร้าง CAD และข้อมูลอินพุต: TechnoStar
  • การแปลงเป็น FrontISTR และการวิเคราะห์แบบขนาน: ยามากุจิ และอินางากิ