【ADAMS固定步长求解】高性能到底能有多高？
本文摘要（由AI生成）：
本文主要讨论了高性能计算中计算机、算法和并行等方面的影响。首先介绍了并行核数对仿真效率的影响，通过一个直升机旋翼结构的仿真模型，对比了单核、双核和四核的计算用时，发现四核用时减少了17.3%。接着介绍了Adams 2017.1版本加入的固定步长求解器，该求解器可以保证实时仿真的求解速度，但可能会牺牲一部分仿真精度。最后，文章给出了使用固定步长求解器的注意事项，并给出了一个四连杆机构的例子，说明简单模型没有必要选择该方法。
高性能计算一般涉及计算机、算法和并行等方面。计算机的硬盘、内存、CPU等都能影响计算效率，这很容易理解本文不做过多展开。相比于计算机本身，软件的并行和算法可能是大多数仿真工程师关注的方向。
上一篇文章《关于ADAMS高性能求解，你能想到什么？》，我们介绍了Adams软件的并行设置和外部运行求解器，但并没有定量地对比不同核心数量对计算效率有多大影响。
1 并行核数的影响
本文在引出标题所说的新功能之前，先对并行核数对仿真效率的影响做一个直观对比。选择一个含多个柔性部件和柔性连接的直升机旋翼结构作为测试算例，仿真模型如下面两张图所示。
图1 直升机旋翼模型
图2 直升机旋翼模型细节
分别选择单核、双核和四核，对该模型做同等工况的计算，记录仿真用时，如图3-5所示。
图3 单核仿真用时
图4 双核仿真用时
图5 四核仿真用时
受测试用计算机硬件水平限制，没法对更多核心情况进行展示，有条件的可以自行测试。对比以上三种情况，计算耗时对比细节见图6。
图6 并行效率对比
与单核计算用时对比，双核用时减少了5.6%，四核用时减少了17.3%。
2 算法的影响
传统的几种动力学仿真求解器对计算效率和计算精度的影响有很多现成的文献可以查阅，本文只介绍Adams 2017.1版本才加入的一个新功能“固定步长求解器”。
实际上固定步长求解器最初的开发目的是为了保证实时仿真的求解速度。采用用户规定的积分步长和积分步进行迭代，可以快速得到仿真结果，复杂模型可能会牺牲一部分仿真精度。
想要采用固定步长求解器，需要通过settings>solver>Daynamics…菜单对Adams求解器进行设置，具体情形如下图7所示。
图7 固定步长求解器设置界面
红框选项设置为“off”则采用传统求解器，选择1~10的数字则选择固定步长求解器，1的计算步最少，10的计算步最多。
使用上述直升机旋翼模型，同样进行四核并行计算，只将求解器改为固定步长，将数字设置为1和10，计算用时分别如图8和图9所示。
图8 固定步长求解1
图9 固定步长求解10
将固定步长和传统求解器进行对比，计算用时对比如图10所示，计算结果对比如图11所示。
图10 计算用时对比
图11 计算结果对比
从图10中可以看出，以传统求解器计算用时做为对比，固定步长求解器计算用时至少减少了95%。从图11中可以看出，两次固定步长求解结果几乎没有差别，而固定步长求解结果和传统结果有一定差别，但误差不超过10%。
3 使用注意事项
固定步长对复杂模型求解有明显的加速效果，简单模型没有必要选择该方法，以如下四连杆机构为例，固定步长求解用时反而比传统求解用时更多。
图12 四连杆机构模型
图13 传统求解用时
图14 固定步长求解用时
传统方法求解用时2.62s，固定步长求解用时2.70s。
