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High Performance Computing (HPC) mit ANSYS


ANSYS in Verbindung mit High Performance Computing (HPC) bietet entscheidende Vorteile für die simulationsgetriebene Produktentwicklung:

  • Schnellere Rechenläufe -> höherer Durchsatz -> höhere Produktivität
  • Berechnungsmöglichkeiten für sehr große Modelle (> 20 Mio. Freiheitsgrade)
  • Höhere Genauigkeit in der FE Simulation
  • Möglichkeit, komplexe physikalische Problemstellungen zu lösen (z.B. FSI, Multiphysics)

Durch die rasanten Fortschritte in der Weiterentwicklung von Prozessorarchitekturen, Netzwerktechnologien und anderer Hardware-Komponenten ist die Grundvoraussetzung für HPC mehr denn je gegeben. ANSYS, Inc. bietet dafür schon seit einigen Jahren parallelisierte Solver- Technologien an.

Mit der aktuellen Version ANSYS 14.5 bieten sich dem Anwender Möglichkeiten die Rechenzeiten auch mechanischer Analysen markant zu reduzieren. Die Skalierung  ist am effektivsten auf HPC Clustern mit massiv paralleler Datenverarbeitung. Infolge weiterer Verbesserungen der Version 14.5 ist zudem auch eine markante Leistungssteigerung der SMP Performance durch eine optimierte Elementformulierung nutzbar.

ANSYS Version 14.5 stellt ein konsistentes Lizenzierungskonzept zur Unterstützung nahezu aller Simulationen zur Verfügung. Damit sind folgende Produkte ansprechbar:

  • Mechanical Products
    ANSYS Multiphysics, ANSYS Mechanical/Emag, ANSYS Mechanical/CFD-Flo, ANSYS Mechanical, ANSYS Structural, ANSYS Professional NLS, ANSYS Professional NLT, ANSYS AUTODYN, ANSYS AUTODYN Single Task, ANSYS Emag
  • Fluids Products
    ANSYS CFD, ANSYS FLUENT, ANSYS CFX, ANSYS CFD-Flo, ANSYS Icepak, ANSYS POLYFLOW
  • Solver-only Products
    ANSYS Multiphysics Solver, ANSYS Mechanical Solver, ANSYS Structural Solver, ANSYS Emag Solver, ANSYS CFD Solver, ANSYS FLUENT Solver, ANSYS CFX Solver, ANSYS CFD-Flo Solver, ANSYS CFX-FCS

Beispiel 1: Berechnung thermischer Spannungen in einem Abgaskrümmer – Nichtlinear

(Volkswagen AG, ANSYS Germany, CADFEM GmbH )

Gekoppelte Berechnung:
Transiente Thermalanalyse <-> nichtlineare Strukturanalyse für mehrere Zeitschritte.

Thermalanalyse: Übernahme von Umgebungstemperaturen und Wärmeübergangskoeffizienten eines thermischen Aufheizprozesses des Abgaskrümmers bei Motorbetrieb unter Vollast aus einer CFD Analyse mit ANSYS CFX. Berücksichtigung von Wärmestrahlung.

Strukturmechanik: Übernahme der Temperaturverteilungen als strukturmechanische Last zur thermischen Verzugsberechnung, Schraubenbolzenvorspannung, Plastizität, nichtlinearer Kontakt, nichtlineares Materialmodell für die Dichtung am Abgaskrümmer.

Modellgröße:

  • Anzahl Knotenpunkte: 524.620
  • Anzahl Elemente: 314.306
  • Anzahl Kontaktelemente: 25.033
HPC Performance Test using Remote Solve
HPC Performance Test: Acquired Speedup
Courtesy of Volkswagen AG

Beispiel 2: Nichtlineare Strukturanalyse unter Berücksichtigung von Kriechdehnungen

(MicroConsult GmbH)

Modellgröße:

  • Anzahl Knotenpunkte: 1.344.197
  • Anzahl Elemente: 814.190
Ball Grid Array - Creep Strain Analysis - 4 MDOFs
Scaling Results

Anwendung von ANSYS 14.5 Parallel durch den Remote Solve Manager (RSM)

Für die Jobverteilung auf einem Compute Cluster (Start von ANSYS und Anlegen der Scratch Dateien am jeweiligen Cluster Knoten) sowie für die Verwaltung der Job Queue ist der ANSYS Remote Solve Manager (RSM) zuständig. Der RSM dient also in erster Linie zur Kommunikation zwischen Workbench Client und Compute Cluster. Er wird natürlich auch für die Jobverarbeitung an Desktop Workstations mit Mehrprozessorarchitektur eingesetzt.

ANSYS Remote Solve Manager (RSM):

Hardware Anforderungen (ANSYS MPP):

ANSYS MPP wird von nachfolgenden Hardware Plattformen unterstützt:

  • HP PA8000 / HP IA-64 (native MPI)
  • Intel IA-32 Linux (HP-MPI, neu in V13 INTEL-MPI)
  • Intel IA-64 Linux (HP-MPI, neu in V13 INTEL-MPI)
  • SGI Altix 64-bit Linux (MPI MPT)
  • AMD Opteron 64-bit Linux (HP-MPI)
  • Intel Xeon EM64T 64-bit Linux (HP-MPI, INTEL-MPI)
  • Sun - single box, multiple processor only (native MPI only)
  • IBM - single box, multiple processor only (native MPI only)
  • Windows 32-bit (HP-MPI, neu in V13 INTEL-MPI)
  • Windows 64-bit (HP-MPI, MS-MPI, neu in V13 INTEL-MPI)

Empfohlene Interconnects zwischen den einzelnen Compute Nodes:

  • GiGE (Gigabit Ethernet) – 1 Gbits/sec
  • 10 GiGE – 10 Gbits/sec
  • Myrinet – 2 Gbits/sec, 10 Gbits/sec
  • Infiniband – 1x - 10 Gbits/sec, 4x – 40 Gbits/sec, 12x – 120 Gbits/sec
  • IBM - single box, multiple processor only (native MPI only)

Unterstützte Analysetypen unter ANSYS 14.5 MPP

  • Static linear or nonlinear analyses for single field structural problem (DOFs: UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,WARP).
  • Single field thermal analyses (DOF: TEMP).
  • Full transient analyses for single field structural and single field thermal analysis, including HHT transient analyses.
  • Modal analyses using the Block Lanczos, PCG Lanczos, and Supernode solutions (MODOPT,LANB; LANPCG; and SNODE). Note that the Block Lanczos eigensolver and Supernode eigensolver are not distributed eigensolvers. Therefore, you will not see the full performance improvements that you would with a fully-distributed solution. When possible, you should use the PCG Lanczos option.
  • Buckling analyses using the Block Lanczos eigensolver (MODOPT,LANB). Note that the Block Lanczos eigensolver is not a distributed eigensolver. Therefore, you will not see the full performance improvements that you would with a fully distributed solution.
    Structural harmonic analyses.
  • Low-frequency electromagnetic analysis using only the following elements: SOLID96, SOLID97, SOLID122, SOLID123, SOLID231, SOLID232, SOLID236, SOLID237, and SOURC36 (when used in a model with the above elements only).
  • High-frequency electromagnetic analysis using elements HF119 and HF120.
  • Coupled-field analyses using only the following elements: PLANE223, SOLID226, SOLID227.
  • Superelements in the use pass of a substructuring analysis.
  • Modal cyclic symmetry analyses.

Unterstützte Analyseoptionen unter ANSYS 14.5 MPP

  • Large deformations (NLGEOM,ON)
  • Line search (LNSRCH,ON)
  • Auto time stepping (AUTOTS,ON)
  • Solution controls
  • Initial conditions (IC)
  • Initial state (INISTATE)
  • Nonlinear material properties specified by the TB command
  • Gasket elements and pre-tension elements
  • u-P formulations introduced by the 18x elements and TARGE169 - CONTA178.
  • Contact nonlinearity (TARGE169 - CONTA178, CONTAC52), with the following restrictions for the
  • CONTA17x elements:
    - KEYOPT(1) = 0, 2 only
    - KEYOPT(10) = 0, 1, 2 only

All other KEYOPTS are supported as documented in the element descriptions.

  • The radiosity solver, except for surface elements SURF251 and SURF252
  • Single- and multi-frame restarts
  • Partial solution (PSOLVE); only the EIGLANB and EIGLANPCG options are supported
  • Prestress effects (PSTRES)

Ihr Ansprechpartner für ANSYS HPC

Peter Tiefenthaler
CADFEM GmbH, Grafing
Tel. +49 (0)8092-7005-44
E-Mail ptiefenthaler@cadfem.de