【Nastran高性能】关乎仿真效率的那些因素-静力篇
仿真发展到今天，我们已不再接受“有个结果就行”的态度，仿真精度和仿真效率越来越被重视。精度与效率是一对“冤家”，追求精度必然要牺牲效率，追求效率就需要精度做出让步。要在精度与效率之间找到一个适合自己产品研发要求的平衡状态，我们要做很多努力与尝试。有句老话说“选择比努力更重要”，这放在仿真领域也同样说得通。选择一款既能满足精度要求又能满足效率要求的仿真工具，比拼死累活地努力加班赶时间更重要。
在商业有限元软件中，MSC Nastran是仿真精度与仿真效率的代名词。汽车、航空、船舶等模型规模大、精度要求高的行业，结构仿真的首选都是MSC Nastran。
仿真效率与算法和硬件息息相关，本文从这两个角度介绍MSC Nastran高性能计算相关的设置。
1 硬件与模型
本文算例所用计算机主要硬件及操作系统型号见下表。
操作系统 | Win7 64位 |
工作站型号 | Dell T7810 |
内存 | 64Gb |
线程数 | 24个 |
算例所用的MSC Nastran软件型号为2018，计算模型为一根左端约束右端垂向加载的实心方梁，自由度数约为202万，详见下图。
2 并行核数影响
分别使用1核和8核计算上述模型，记录并对比仿真耗时，详见下图。
本文采用的是SMP模式，设置方式见下图。
3 可用内存影响
MSC Nastran默认的内存设置是Memory=max，这种模式下参与计算的物理内存不超过50%。可用内存量对仿真时长也有一定影响，下图显示的是物理内存50%可用和75%可用情况下的仿真耗时对比，两次计算都使用8核并行。
增大可用物理内存量，仿真用时缩短到10.05分，降幅19.4%。可在MSC Nastran软件的配置文件中调节可用物理内存，具体方法见下图。
4 求解器影响
目前在MSC Nastran中有三种可用的静态分析解算器，包括：
默认解算器可以在极其有限的内存中运行，能够使用有限的内存求解足够大的模型，但并行效率一般。Pardiso对内存依赖度比较大，需要默认解算器5-12倍的内存量，但并行效率更高。CASI解算器不需要太大的内存，而且并行效率很高，但主要适合用在体单元模型或体单元为主（超过75%）的模型中。
采用8核并行、75%可用内存，对比默认解算器和CASI解算器求解耗时，详见下图。
本例采用实体单元，CASI解算器加速效果明显，仿真耗时减少73.9%。可在bdf文件中的工况控制段加入下图所示语句，调用CASI解算器。
从2018版本开始，为增加高性能求解设置的易用性，不再需要手动修改bdf文件来调用指定的解算器，只需在求解时输入solve=auto命令，软件会自动选择适合的解算器，具体见下图。
5 结论
实践证明，仿真在产品研发链条中起到了加速和优化的作用，研发周期缩短了，同时产品性能提高了。仿真的加速作用不只依赖于硬件的更新换代，仿真软件本身在算法上的不断更新也有明显的作用。
仿真加速一直是MSC Nastran的努力方向之一，每个版本都有一定的改进。本文受限于作者水平和写作时间，没有详尽介绍软件在高性能计算方面的表现，如有进一步需求可参考《MSC Nastran高性能计算用户手册》。
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