Berechnungen mit feinem Netz, lange Rechenzeiten!

Hallo Zusammen,

ich entwickele derzeit ein Berechnungsmodell von einem Flansch in Code Aster. Nachdem ich mich in den letzten Monaten eingearbeitet hab und die elementaren Hürden überwand, steht nun die erforderliche Netzfeinheit auf dem Programm. Bei meinen Testmodellen hab ich natürlich immer mit recht groben Netzen gearbeitet um die Wartezeiten zu verkürzen.

Ich habe jetzt das gleiche Modell in ABAQUS aufgebaut und mit Hexaedern vernetzt. Über eine Konvergenzanalyse habe ich die erforderliche Netzfeinheit ermittelt. Das Modell läuft auf nem großen Rechner mit 64 GB Arbeitsspeicher mit zwei Kernen ca. 5 Stunden.

Mein Code_Aster Modell hab ich mit Tetraedern vernetzt. Für einen ersten Test startete ich mit der gleichen Netzfeinheit wie in ABAQUS. Obwohl ich erwarte, dass das Tet-Netz feiner muss. Leider kann ich die Berechnung nicht auf dem gleichen Rechner wie ABAQUS laufen lassen. Hierfür habe ich nur einen Rechner mit 12 GB Arbeitsspeicher aber auch zwei Kernen zur Verfügung. Mein CA-Modell läuft nun schon fast 48 h und ist noch nicht fertig. Alles läuft normal, er braucht halt nur sehr lange.

Hierzu habe ich nun einige Fragen:

1) Um auf die gleiche Netzfeinheit wie in ABAQUS zu kommen musste ich mein Test-Netz ca. 2 bis 3 mal so fein machen. Das Testmodell benötigte eine Viertelstunde. Wie kommt es zu dieser starken Erhöhung der Rechenzeit? Es sind natürlich recht große Kontaktflächen im Spiel, die ja die algebraischen Nebenbedingungen zusätzlich hochttreiben, aber ich finde es schon heftig. Von einem quadratischen Anstieg ist hier nichts mehr zu merken. Ist das bei Code Aster normal? Gibt es noch bestimmte Dinge die man bei großen Modellen beachten muss? Kann man an den Einstellungen optimieren?

2) Ich bin kein Hardware-Experte. Woran könnte es Haken? Eher Arbeitsspeicher oder ehr Prozessorleistung? Wie wären die ungefähren Eckdaten für einen Rechner den man heutzutage im Bereich von 6000,- € bis 8000,- € anschaffen sollte? Hat jemand Erfahrungen und kann mir etwas empfehlen?

Wenn ihr weitere Daten benötigt meldet euch einfach.

Ich würde mich freuen wenn jemand seine Erfahrungen mit mir teilen möchte.

Viele Grüße

tobi

Hi Tobi,

mit Verlaub ... hast Du Dir mal so etwa die Größe der zu erwartenden Steifgigkeitsmatrix (Zahl der Elemente x Anzahl Knoten pro Element x Freiheitsgrad pro Knoten) überschlagen?!? ... Vermutlich DOUBLE oder QUAD_REAL Genauigkleit der Ergebnisse?!?

Und dann noch Kontaklt-Nichtlinearität mit weiss Gott wievielen (hast ja wahrscheinlich freie Zeitschrittgröße gewählt um einigermaßen über die Konvergenzprobleme wegzukommen ?!?) Schritten (und in jedem dieser Schritte muss die
die Lösung des sehr großen LGS berechnet werden ...) ...

Vielleicht noch Material-Nichtlinearitäten im Modell?!? ...

Da wunderst Du Dich, dass die Rechenzeiten exponentiell ansteigen?!? *GGG

Es gibt Überschlagsformeln für die Berechnung des notwendigen Speicherplatzes - vielleicht schiesst Du schon über die maximale Größe der im RAM zu lösenden Steigfiglkeitsmatrix - dann fängt Dein System an mächtig zu swappen und lagert während der Berechnungen auf Platte aus, was natürlich im Vergleich zur Gleichungslösung im Hauptspeicher extrem langsam ist ...

FAZIT: Jede Menge Flaschenhälse und (Rechen-)Zeitfresser.

Merke: Nicht alles was theoretiosch möglich ist lässt sich auch praktisch realisieren

UND: Less is more

Und jetzt praktisch:

Modell beschränken, erst mal mit linearen statt quadratischen Elementen meshen, Symmetrien nutzen (also evtl. nur Viertelmodell etc., Annahmen wo möglich vergröbern, ... bei längerem Nachdenken und genauerer Betrachtung hast bestimmt auch noch ein paar andere Möglichkeiten Rechenzeit zu sparen.

Nur mal so aus Interesse und falls Du darüber schreiben willst / darfst:

Was für ein reales Problem modellierst Du denn so?!?

Schönes WE - Volker

Hallo Volker,

zunächst danke für deine Antwort. Auch wenn ich hier im Forum neu bin und mich derzeit in Code_Aster einarbeite habe ich nun doch schon sieben Jahre Erfahrung mit ABAQUS (kommerzielle FE-Software). Aus diesem Grund wundere ich mich natürlich nicht, dass die Rechenzeiten exponentiell ansteigen Wie schon geschrieben habe ich das Modell auch mit ABAQUS gerechnet. Es benötigt mit einem groben Netz 10 min, mit einem doppelt so feinen Netz braucht es dann 5 Stunden. Aus meiner Erfahrung heraus ist das eine Rechenzeiterhöhung die für ein Modell dieser Art "Normal" ist. Das gleiche Modell benötigt dann mit einem groben Netz in Code Aster auch 10 min und mit dem doppelt so feinen Netz 80 Stunden. So steigt bei einer Verdoppelung der Netzfeinheit die Rechenzeit um das 480-fache. Das erscheint mir schon recht heftig. Vor dem Hintergrund, dass ABAQUS nur 5 Stunden benötigt, erscheint es mir noch merkwürdiger.

Meine Vermutung war also, dass es daran liegt, dass zu wenig Arbeitsspeicher zur Verfügung steht. Wie du ja schon schreibst swappt er dann und das erhöht die Rechenzeit gewaltig. Der CodeAster-Rechner hat nur 12GB, der ABAQUS Rechner aber 64 GB. Aus diesem Grund wären deine Formeln interessant! Vielleicht kannst du mir die mal schicken. Ich kenne die nämlich nicht!?

Nun zu deinen Anmerkungen bzgl. der Modellierung. Das Modell ist schon vereinfacht so weit es geht. Ich arbeite mit zyklischer Symmetrie und linear elastischem Material. Die Schraube ist als Balken modelliert. Vernetzt habe ich mit Tetraedern und da macht ein lineares Netz aus meiner Sicht keinen Sinn.

Bei meinen Untersuchungen geht es zunächst generell darum, die Berechnung von Flanschen jeglicher Art mit Code Aster zu realisieren. Ich musste mich zunächst eine gewisse Zeit einarbeiten und Erfahrungen sammeln. Jetzt habe ich einige Modelle die mit einem groben Netz ohne Probleme und sehr gut laufen. Ich bin sehr begeistert von Code Aster. Jetzt geht es darum, eine Konvergenzuntersuchung durchzuführen und das Netz zu verfeinern. Ziel sind natürlich Ergebnisse die für die Praxis hinreichend genau sind. Parallel vergleiche ich das Modell mit einem in ABAQUS mit quadratischen Hexaedern fein vernetzten und gerechneten Modell. Sozusagen meine Referenz.

Derzeit hakt mein Projekt etwas, weil ich die feinen Netze in CodeAster nicht ans laufen kriege. Es steht also die Entscheidung an, einen größeren Rechner zu kaufen. Die Frage ist nur wie groß Außerdem frage ich mich, ob man evtl. noch an ein paar Stellen bzgl. meiner Einstellungen im COMM-File und in ASTK optimieren kann.

Auf was rechnet ihr so eure feinen Modelle? Wie lange dauert das?

Viele Grüße

Tobi

Hallo Volker,

zunächst danke für deine Antwort. Auch wenn ich hier im Forum neu bin und mich derzeit in Code_Aster einarbeite habe ich nun doch schon sieben Jahre Erfahrung mit ABAQUS (kommerzielle FE-Software). Aus diesem Grund wundere ich mich natürlich nicht, dass die Rechenzeiten exponentiell ansteigen Wie schon geschrieben habe ich das Modell auch mit ABAQUS gerechnet. Es benötigt mit einem groben Netz 10 min, mit einem doppelt so feinen Netz braucht es dann 5 Stunden. Aus meiner Erfahrung heraus ist das eine Rechenzeiterhöhung die für ein Modell dieser Art "Normal" ist. Das gleiche Modell benötigt dann mit einem groben Netz in Code Aster auch 10 min und mit dem doppelt so feinen Netz 80 Stunden. So steigt bei einer Verdoppelung der Netzfeinheit die Rechenzeit um das 480-fache. Das erscheint mir schon recht heftig. Vor dem Hintergrund, dass ABAQUS nur 5 Stunden benötigt, erscheint es mir noch merkwürdiger.

Meine Vermutung war also, dass es daran liegt, dass zu wenig Arbeitsspeicher zur Verfügung steht. Wie du ja schon schreibst swappt er dann und das erhöht die Rechenzeit gewaltig. Der CodeAster-Rechner hat nur 12GB, der ABAQUS Rechner aber 64 GB. Aus diesem Grund wären deine Formeln interessant! Vielleicht kannst du mir die mal schicken. Ich kenne die nämlich nicht!?

Nun zu deinen Anmerkungen bzgl. der Modellierung. Das Modell ist schon vereinfacht so weit es geht. Ich arbeite mit zyklischer Symmetrie und linear elastischem Material. Die Schraube ist als Balken modelliert. Vernetzt habe ich mit Tetraedern und da macht ein lineares Netz aus meiner Sicht keinen Sinn.

Bei meinen Untersuchungen geht es zunächst generell darum, die Berechnung von Flanschen jeglicher Art mit Code Aster zu realisieren. Ich musste mich zunächst eine gewisse Zeit einarbeiten und Erfahrungen sammeln. Jetzt habe ich einige Modelle die mit einem groben Netz ohne Probleme und sehr gut laufen. Ich bin sehr begeistert von Code Aster. Jetzt geht es darum, eine Konvergenzuntersuchung durchzuführen und das Netz zu verfeinern. Ziel sind natürlich Ergebnisse die für die Praxis hinreichend genau sind. Parallel vergleiche ich das Modell mit einem in ABAQUS mit quadratischen Hexaedern fein vernetzten und gerechneten Modell. Sozusagen meine Referenz.

Derzeit hakt mein Projekt etwas, weil ich die feinen Netze in CodeAster nicht ans laufen kriege. Es steht also die Entscheidung an, einen größeren Rechner zu kaufen. Die Frage ist nur wie groß Außerdem frage ich mich, ob man evtl. noch an ein paar Stellen bzgl. meiner Einstellungen im COMM-File und in ASTK optimieren kann.

Auf was rechnet ihr so eure feinen Modelle? Wie lange dauert das?

Viele Grüße

Tobi