一般來說,CAE分析主要包括前處理、計算分析和后處理這3個過程。前處理主要是建立問題的幾何模型、進(jìn)行網(wǎng)格劃分、建立用于計算分析的數(shù)值模型、確定模型的邊界條件和 初始條件等;計算分析是對所建立的數(shù)值模型進(jìn)行求解,經(jīng)常需要求解大型的線性方程組, 這個過程是CAE分析中計算量最大、對硬件性能要求最高的部分;后處理則是以圖形化的 方式對所得的計算結(jié)果進(jìn)行檢查和處理。 CAE分析的一個重要特點是,主要采用國際上公認(rèn)的大型商業(yè)軟件進(jìn)行分析和計算。 目前,大部分國際工業(yè)界認(rèn)可的計算機(jī)輔助工程軟件幾乎被美國壟斷。比如ABAQUS、AN- SYS、LS-DYNA、MSC.NASTRAN、PAM-CRASH等。大型商業(yè)軟件通常都有自己的前后處理 模塊。此外,也有一些通用的前、后處理軟件,提供了對以上軟件的接口,讓用戶只需要熟悉 一個統(tǒng)一的操作界面,比如Hypermesh、MSC.PATRAN等。 根據(jù)求解算法的不同,CAE分析軟件總體上可以分為隱式和顯式兩類。采用隱式算法 的軟件主要有ABAQUS/Standard、ANSYS、MSC.NASTRAN等,適合求解靜力、模態(tài)、屈曲等 問題;采用顯式算法的軟件主要有ABAQUS/Explicit、LS-DYNA、PAM-CRASH等,適合求解接 觸、碰撞、沖擊等問題。 從對計算資源的需求來說,隱式解法的基本特點是內(nèi)存占用多、磁盤IO大、進(jìn)程通信量 大,因此,隱式解法要求系統(tǒng)的內(nèi)存容量大、訪存帶寬高、磁盤IO速度快、通信延遲低;相對 而言,顯式解法對內(nèi)存、磁盤IO和通信延遲的要求要低一些。 從軟件的擴(kuò)展性上來說,隱式算法和顯式算法有明顯的區(qū)別。采用隱式算法的軟件,擴(kuò)展性比較差,計算性能在8~16CPU以上就很難獲得進(jìn)一步的提升;而采用顯式算法的軟 件,擴(kuò)展性就要好得多,在64~128CPU以內(nèi)都能獲得較好的并行性能。 從并行技術(shù)的角度來說,隱式算法通常采用OpenMP或者Pthreads等共享內(nèi)存的方式實現(xiàn),而顯式算法通常采用MPI或者PVM等消息傳遞方式實現(xiàn)。采用共享內(nèi)存方式的優(yōu)點是 實現(xiàn)容易,性能較高,但只能運行在SMP結(jié)構(gòu)的服務(wù)器上;而消息傳遞方式則可適用于SMP 或者DMP結(jié)構(gòu)的服務(wù)器上。不過,隨著集群計算的發(fā)展,SMP平臺上的大多數(shù)算法也已移 植到了DMP平臺上,雖然并不完全。比如ABAQUS/Standard 的Direct求解器和Lanczos特 征值求解器就只支持Threads模式,因此必須采用SMP平臺才能實現(xiàn)并行計算。
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