Transcript Abaqus在上海超算中心的应用

Abaqus在上海超算中心的应用
朱炜垚
[email protected]
上海超级计算中心
内容
Abaqus软件介绍
Abaqus在SSC的应用情况
工程案例介绍
Abaqus在SSC的上机使用指南
Abaqus软件介绍
 ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂
的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题
和模拟高度非线性问题；其解决问题的范围从相对简单的线性分
析到许多复杂的非线性问题。
 作为通用的模拟工具， ABAQUS 除了能解决大量结构（应力 / 位
移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、
质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透 /
应力耦合分析）及压电介质分析。
Abaqus软件介绍
 ABAQUS是一组有限元分析模块
Abaqus软件界面
ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比较
ABAQUS/Standard
ABAQUS/Explicit
应用牛顿－拉弗森方法求解非线
性问题，应用增量迭代技术；
求解过程无需迭代；
具有无条件稳定;
适于求解高度不连续和高速的动
力学问题；
在结构模拟过程中，可以求解真
正的静态平衡问题；
有条件稳定；
提供多种分析不同类型问题的功
能，包括许多非结构问题；
对于大规模问题，不象
ABAQUS/Standard 那样需要大量
的硬盘空间；
计算时候需要更多的物理内存空
间；
更容易处理接触问题，可用准静
态法解决金属成型问题；
存在收敛性问题；
含有网格自适应功能；
通用的有限元程序。
求解结果存在稳定性问题。
ABAQUS的主要分析功能
⑴静态应力/位移分析
包括线性、材料非线性、几何非线性、结构断裂分析、屈曲及后屈
曲过程等
⑵动态分析
包括频率提取分析、瞬态响应分析、稳态响应分析、随机响应分析
等
⑶非线性动态应力/位移分析
包括各种随时间变化的大位移分析、接触分析等
⑷粘弹性/粘塑性响应分析
粘弹性/粘塑性材料结构的响应分析
ABAQUS的主要分析功能
⑸热传导分析
传导、辐射和对流的瞬态或稳态分析
⑹退火成形过程分析
对材料退火热处理过程的模拟
⑺质量扩散分析
静水压力造成的质量扩散和渗流分析等
⑻准静态分析
应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题
⑼耦合分析
热/力耦合、热/电耦合、压/ 电耦合、流/力耦合、声/力耦合等
ABAQUS的主要分析功能
⑽海洋工程结构分析
模拟海洋工程的特殊载荷，例如流载荷、浮力、惯性力；分析海
洋工程的特殊结构，例如锚链、管道、电缆
⑾土木工程结构分析
岩土力学分析、流体渗漏、地应力平衡、基坑开挖
⑿疲劳分析
根据结构和材料的受载情况统计，进行疲劳寿命预估
⒀水下冲击分析
对冲击载荷作用下的水下结构进行分析
⒁设计灵敏度分析
对结构参数进行灵敏度分析，并据此进行结构的优化设计
ABAQUS在结构分析方面的强项
• 具备极为丰富的单元库类型并支持自定义单元(UEL)
• 具备多种非线性材料模型以及多种损伤/断裂判据，并支持自定义
材料模型及损伤(UMAT)
• 提供多种类型的载荷及边界条件，可定义载荷在空间和时间上的
任意分布；还可提供提供线性和非线性的多点约束(MPC)，以及
各种运动耦合等；
• 对于高度非线性问题，可选择多种算法、不同收敛准则及相关参
数调节来保证分析过程中有效的得到正确结果。
Abaqus在SSC的应用
魔方机群工程计算节点配置
蜂鸟机群工程计算节点配置
CPU: AMD Opteron 8347HE
CPU: Intel Xeon E5-2670
核数：8CPU*4CORE=32Cores
核数：2CPU*8CORE=16Cores
主频：1.9G
主频：2.6G
内存：128G
内存：64G
网络： InfiniBand + 千兆网
网络： InfiniBand QDR+ 千兆网
系统： SUSE Linux Enterprise
系统： Red Hat Enterprise
Server 11
Linux Server release 6.2
Abaqus在SSC的应用
 部署的版本
魔方机群：6.09、6.10、6.11
蜂鸟机群：6.09、6.10、6.11、6.12
 并行计算模式
CPU并行（单节点、跨节点）
GPU加速（单节点已测试，尚未部署）
 HPC的优势
采用大规模并行计算来缩短求解时间；可计算超大规模网格的模
型（>5M DOF）
Abaqus/Standard的CPU并行加速性能
 测试模型的DOF约为740K，各向异性层合材料
计算耗时(s)
Abaqus/Standard
20000
8.00
15000
6.00
10000
4.00
5000
2.00
0
1
2
4
8
16
32
64
魔方
18440
9258
4736
2952
2067
2148
2462
蜂鸟
6623
3533
1930
1126
757
609
394
提高倍数
2.78
2.62
2.45
2.62
2.73
3.53
6.25
0.00
Abaqus/Standard的CPU并行加速性能
 测试模型的DOF约为740K
20
120.00%
100.00%
16
12
加速比
魔方 加速比
60.00%
蜂鸟 加速比
8
魔方 并行效率
40.00%
蜂鸟 并行效率
4
20.00%
0
0.00%
1
2
4
8
16
32
64
并行效率
80.00%
Abaqus/ Explicit的CPU并行加速性能
 测试模型的DOF约为740K
计算耗时(s)
Abaqus/Explicit
24000
8.00
18000
6.00
12000
4.00
6000
2.00
0
1
2
4
8
16
32
64
魔方
21896
10193
5440
3630
2289
1372
1137
蜂鸟
7853
3864
1855
1103
559
323
194
提高倍数
2.79
2.64
2.93
3.29
4.09
4.25
5.86
0.00
Abaqus/ Explicit的CPU并行加速性能
 测试模型的DOF约为740K
50
120.00%
100.00%
40
30
加速比
魔方 加速比
60.00%
蜂鸟 加速比
20
魔方 并行效率
40.00%
蜂鸟 并行效率
10
20.00%
0
0.00%
1
2
4
8
16
32
64
并行效率
80.00%
Abaqus/Standard的GPU并行加速性能
 测试模型的DOF约为800K
Abaqus/Standard的GPU并行加速性能
 CaseB:700K DOF
 CaseC:700K DOF
 CaseD:500K DOF
Abaqus并行计算核数选择
以蜂鸟机群为例
 Abaqus/Standard并行效率较低，可根据模型规模，选用4-16核计
算为宜。
 Abaqus/Explicite并行效率较高，可根据模型规模及模型物理时
间，选择8-64核进行计算。
Abaqus工程案例介绍
 柴油机抗冲击性能动力学仿真分析
Abaqus工程案例介绍
 大型轧机起吊设备结构强度分析
Abaqus工程案例介绍
 三维波形换热管CAE辅助设计
Abaqus工程案例介绍
 空间照相系统频响分析
Abaqus工程案例介绍
 空间展开机构动力学仿真分析
Abaqus工程案例介绍
 子午线轮胎三维非线性有限元分析
Abaqus工程案例介绍
 不同工作状态下导缆器承压能力评估
Abaqus工程案例介绍
 某转盘工作状态下应力分布仿真分析
Abaqus工程案例介绍
 矫直机辊系工作状态下各辊受力分析
Abaqus上机使用指南
 Xfinity平台：
Abaqus上机使用指南
 Abaqus作业流程
前处理，准备模型相关
文件（inp, for等）
用户本地abaqus
登录xfinity
作业监控
用户本地IE
登录Xfinity，提交
abaqus作业
用户本地IE
作业计算
SSC机群
登录xinify，远程读取结果
用户本地IE
SSC图形节点abaqus
计算
完成
登录xinify
下载结果
用户本地IE
读取结果
用户本地
abaqus
Abaqus作业提交
Abaqus上机使用指南
 Abaqus作业监控（个人windows平台）：
Abaqus上机使用指南
 Abaqus作业监控（ssc机群）
通过Xfinity平台读取abaqus相关文本文件
1.
*.sta文件：状态文件；包含分析过程信息，计算步信息
2.
*.dat文件：数据文件；文本输出信息，记录分析、数据检查、
参数检查等信息
3.
*.msg文件：是计算过程的详细记录，分析计算中的平衡迭代次
数，计算时间， 警告信息，等等可由此文件获得
Abaqus远程后处理
谢
谢！