Büyük Ölçekli Kalıp Modelinin Statik Analizi¶

Bu örnek çalışma, bir kalıp montajına düzgün dağıtılmış basınç uygulanan doğrusal statik analizdir. İkinci dereceden tetrahedral elemanlar kullanan, yaklaşık 1 milyon düğümden yaklaşık 210 milyon düğüme kadar dört farklı ağ vardır.

En büyük model olan Mold_200mil, 13 hesaplama düğümünde 208 süreçle çalıştırılmıştır ve pratik uygulamalarda kullanılan geometrilere sahip modellerin hangi ölçeğe kadar ele alınabildiğini gösteren bir örnek olarak kullanılabilir. Dört modelin geometrisi, malzemesi ve sınır koşulları aynıdır; yalnızca ağ yoğunlukları farklıdır. Bu nedenle ölçeğin doğruluk ve hesaplama kaynakları üzerindeki etkisi de karşılaştırılabilir.

Kalıp modelinin genel geometrisi, alt geometrisi ve kesiti

Şekil 1. Kalıp montajı: tüm parçalar, alt parçalar ve kesit.

Analiz Modeli¶

Dört modelin geometrisi, malzemesi ve sınır koşulları aynıdır; ağ yoğunlukları farklıdır.

Öğe	İçerik
Geometri ve bağlantılar	Kalıp montajı. Parçalar ortak düğümlerle bağlanmıştır.
Elemanlar	İkinci dereceden tetrahedral elemanlar
Malzeme	Yapısal çelik, doğrusal elastik. Young modülü 200 GPa, Poisson oranı 0.3
Yük	Üst yüzeye 1 MPa düzgün dağıtılmış basınç (yüzey grubu `PRESSURE1`)
Kısıtlamalar	Alt yüzeyde üç öteleme bileşeninin tümü sabitlenmiştir (düğüm grubu `CONSTRAINT1`)

Kalıptaki yük ve kısıtlama konumları ile ürün yüzeyindeki eleman yüzey grupları

Şekil 2. Basınç yükü, yer değiştirme kısıtlamaları ve ürün yüzeyi grupları.

Analiz Sonuçları¶

Ağ Ölçeğine Göre Yer Değiştirme ve Gerilme¶

Model adı	Minimum Z yer değiştirmesi (mm)	Maksimum Mises gerilmesi, düğüm değeri (MPa)	Maksimum Mises gerilmesi, eleman değeri (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

Ağ inceldikçe minimum Z yer değiştirmesindeki değişim küçülür; en büyük iki ölçek arasındaki fark, tabloda gösterilen hassasiyette 0.0007 mm'dir. Buna karşılık maksimum Mises gerilmesi hem düğüm hem de eleman değerlerinde artmaya devam etmektedir. Gerilmenin yakınsayıp yakınsamadığını veya bir tekilliğin bulunup bulunmadığını belirlemek için maksimum değerin konumu ile çevresindeki geometri ve sınır koşullarının incelenmesi gerekir.

Mold_001mil	Mold_011mil

Mold_055mil	Mold_200mil

Şekil 3. Dört model ölçeği için ağ ve düğümsel von Mises gerilmesi (MPa).

Şekil 3'te düğümlere ekstrapole edilmiş değerler (NodalMISES) gösterilmekte ve gösterge tüm şekillerde 0–50 MPa aralığında sabit tutulmaktadır. Eleman kenarlarından ağlar arasındaki farklar karşılaştırılabilir.

Büyük Ölçekli Çalıştırma Kaydı¶

Hesaplamalar Temmuz 2020'de FrontISTR 5.1.0 kullanılarak CG yöntemi, 1.0E-06 yakınsama eşiği ve en fazla 100,000 yineleme ile gerçekleştirilmiştir. Çalıştırma ortamı bir PC kümesidir; her hesaplama düğümünde iki adet Xeon E5-2670 (2.6 GHz, 8 çekirdek), 128 GB bellek bulunmakta ve düğümler InfiniBand FDR ile birbirine bağlanmaktadır. Paralel çalışma biçimi Flat MPI'dır (süreç başına 1 iş parçacığı).

Model adı	MPI süreç sayısı (hesaplama düğümü sayısı)	Önkoşullandırma	Yineleme sayısı	Çözücü süresi (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)	Köşegen ölçekleme	92,626	96,969.34

Süreler, çalıştırma günlüğündeki solve değerleridir. Mold_200mil, AMG kullanıldığında 13 hesaplama düğümünde bile bellek yetersizliği yaşadığı için önkoşullandırma köşegen ölçeklemeye değiştirilmiştir; yineleme sayısı 92,626, hesaplama süresi ise yaklaşık 27 saat olmuştur.

Analiz Verileri¶

Model adı	Düğüm sayısı	Eleman sayısı	Sıkıştırılmış boyut	İndirme
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 parça (aşağıda)

Veri sürümü 1.0.0'dır.

Mold_200mil'in Edinilmesi¶

Mold_200mil dosya başına sınırı (5 GB) aştığı için 2 GiB'lık beş parça halinde kaydedilmiştir. Tüm dosyaları aynı dizine indirdikten sonra birleştirin.

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

Birleştirilen dosyanın SHA-256 değeri c67d5b8990302c84103de7e8a2848449f0035f7813cd122fb443e206f38b8606'dır.

Kaynaklar¶

Katkıda Bulunanlar¶

CAD ve girdi verilerinin hazırlanması: TechnoStar
FrontISTR biçimine dönüştürme ve paralel analiz: Yamaguchi ve Inagaki