“神工坊”仿真平台性能测试系列之二：Abaqus隐式静力学分析

CAE是工业仿真领域重要分支之一，也是高性能计算的主要应用场景之一。本期选取CAE领域最常用的仿真软件Abaqus，选择基于Abaqus隐式求解的某型机翼受载的案例，我们来看下基于“神工坊”高性能工业仿真平台”的Abaqus隐式求解计算，和其他仿真云平台进行效率对比如何。

Abaqus隐式求解能够应用于大多数的线性问题以及部分的非线性问题，包括静态、动态分析，因此广泛的应用于工程上结构设计中强度、刚度校核。隐式分析利用迭代的方法进行求解，使用Newton-Rapson的方法进行迭代。因为采用迭代的方法，且由于模型中可能涉及接触或者材料的复杂性，可能较难收敛，从而导致大量的迭代，需要求解大量的线性方程组，因此对计算机有着较高的性能要求。

Abaqus隐式静力学分析

一、模型介绍

使用隐式分析仿真模型为某型机翼受载的有限元模型，使用材料为某型铝合金，模型网格单元数30万，均为壳体网格，壳体网格使用S4，计算迭代步长70步。初始时间步为0.01，最小时间增量步为5E-06。

在机翼的一端施加固定约束,并在机翼内部施加力矩载荷。由于模型不能完全公开展示，因此对图中部分区域进行了模糊处理，下同。

二、仿真结果

计算完成后的应力、位移云图如下所示。

三、仿真云平台对比

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

提交隐式计算后，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，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”平台进行了更大规模的并行计算，结果显示计算用时会进一步缩短。

“神工坊”高性能工业仿真平台与其他几家仿真云平台的计算时间如下图所示。

可以发现，“神工坊”高性能工业仿真平台进行隐式求解仿真分析时，表现出了超高的计算效率。从4核到64核，不同并行规模下，计算用时均明显少于其他两个平台。此外，“神工坊”高性能工业仿真平台在使用16核的计算速度就超过了其他仿真云平台在32、64核的计算速度。反观其他仿真云平台，仿真云平台1在使用8、16、32核是仿真计算所用的时间几乎一样，在使用到64核时时间才有所减少。仿真云平台2在使用到64核的时间比使用32核时的时间更长。

同时，我们在隐式求解分析时，对各个平台的并行效率也进行了分析对比。以每个仿真云平台4核的计算时间为基本单位，计算各个平台的并行效率，结果如下所示。可以发现“神工坊”高性能工业仿真平台的并行效率在大多数情况下是高于其他仿真云平台的。

四、结论

综上所述，“神工坊”高性能工业仿真平台在进行Abaqus隐式求解分析时，无论是计算时间还是并行效率，均优于其他平台。

“神工坊”高性能工业仿真平台基于超算HPC集群的硬件支撑，对仿真软件进行了CPU的适配与优化，不仅实现了仿真软件跨节点大规模并行计算，还减少了仿真计算所需的时间，极大的缩短了在工程上结构设计中强度、刚度校核所需时间，减少工程中对产品设计以及优化的时间。

（本文作者：赵振）

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