性能测试｜有限元软件分析——以Abaqus显式求解为例

背景

CAE是高性能计算的主要应用场景。 本期选取CAE领域最常用的仿真软件Abaqus，选择基于Abaqus显式求解的某型汽车碰撞的案例。我们来看下基于“神工坊”高性能仿真平台”的Abaqus显式求解计算，和其他仿真云平台进行效率对比如何。

Abaqus显示求解适用于非线性的动力学问题和准静态问题，适用于模拟碰撞、冲击和爆炸等问题，因此广泛应用于航空、航天、汽车等领域。显式求解应用中心差分方法对运动方程进行显式的时间积分，应用一个增量步的条件计算下一个增量步的条件，且需要较小的时间增量，所以对计算机的硬件要求较高。 

01 模型介绍

我们进行显式分析的模型为某型汽车的碰撞有限元模型。使用材料为某型钢， 模型网格数量为300万 ,实体网格使用C3D8R,壳体网格使用S4RS。仿真时间为0.6s。使用质量缩放，定义时间增量步为1E-06。

汽车、路面和墙体之间接触使用通用接触。定义墙体为刚体、路面为刚体。通过在墙体上定义RP点，将固定约束施加在RP点上使得墙体固定。汽车的 初始速度为25mph ,在车体上施加速度场，方向为X轴 正方向。  

02 仿真结果

仿真后的应力云图如下所示：

汽车碰撞过程：

03 仿真云平台对比

进行Abaqus显式求解分析时,所使用的“神工坊”高性能仿真平台与其他两家仿真云平台的硬件参数如下表所示：

提交显式计算后，各个平台的计算日志如下：

本次仿真并行规模分别选取了4核、16核、32核、64核、128核，受限另外两个平台无法进行跨节点并行，并行规模无法进一步扩大。但是我们在“神工坊”高性能平台进行了256核的并行计算，  结果显示计算用时会进一步缩短  。

SIMFORGE神工坊高性能仿真平台与其他几家仿真云平台的计算时间如下图所示。仿真云平台2最高只能64核并行使用，故图表中无仿真云平台2并行规模为128核的结果。

可以发现，SIMFORGE“神工坊”高性能仿真平台进行显式动力学仿真分析时，仿真计算 所用的时间随着计算所用核数的增加而持续减少 ，反观仿真云平台1，其计算所用时间在使用到64核、128核时，时间反而有了增加。

不仅如此，在使用相同的计算核数时，SIMFORGE“神工坊”高性能仿真平台计算所用时间也远短于其他仿真云平台 ，并且SISIMFORGE在使用32核的计算时间比其他仿真云平台使用64、128核的计算时间更短。

04 结论

综上所述，SIMFORGE“神工坊”高性能仿真平台在进行Abaqus显式求解分析时，其性能优于其他仿真云平台  。

SIMFORGE“神工坊”高性能仿真平台以超算HPC集群作为硬件支撑，加上SIMFORG对于仿真软件进行了CPU的适配与优化，不仅能够实现跨节点大规模并行计算，还缩短了在结构设计中对碰撞、冲击等仿真所需时间，提高了设计工作效率，为产品的设计优化工作提速。