abaqus計算速度.docx

當問題的自由度和復(fù)雜程度比較小的時候，計算速度也許不是什么太大的問題，但當自由度很多，比如幾百萬個自由度，又有復(fù)雜的接觸搜索計算時，計算速度就很重要了。我不精通計算機原理，但在Windows和Linux上安裝使用過32位和64位ABAQUS，也在64位工作站上用Linux并行計算過，對計算速度有一點自己的心得，寫出來和大家討論下，對計算機比較精通的，希望能解釋下原理和表達下自己的看法。我認為影響計算速度的因素主要有3個：1 計算模型的大小和復(fù)雜程度 2 ABAQUS中關(guān)于內(nèi)存和硬盤使用的設(shè)置 3 計算機的配置 在ABAQUS幫助文件中說，一個有限元模型在分析計算中，會生成兩種臨時文件，第一種臨時文件是必須放在內(nèi)存中，第二種臨時文件可以放在硬盤里也可以放在內(nèi)存中。由于內(nèi)存讀寫速度比硬盤讀寫速度快，所以如果計算機配置不變的情況下，要達到最快計算速度，就要在計算時讓兩種臨時文件都放在內(nèi)存中。在計算前進行datacheck，然后在dat文件中會告訴你能使模型計算所需最小的內(nèi)存量，也就是在計算中所生成的第一種文件的大小，還會告訴你最小I/O交換情況所需的內(nèi)存量，也就是兩種文件都放在內(nèi)存中時所需要的內(nèi)存量，我稱這叫“全速計算”所需內(nèi)存量。在ABAQUS6.8中，有個內(nèi)存使用上限設(shè)置參數(shù)，也就是你允許你的計算機中有多少內(nèi)存讓ABAQUS使用，如果你允許ABAQUS使用的內(nèi)存上限大于“全速計算”所需內(nèi)存，則ABAQUS會將兩種臨時文件放入內(nèi)存使用。如果允許內(nèi)存大于最小所需內(nèi)存，小于“全速計算”計算內(nèi)存，則ABAQUS會把第二種文件一部分放入內(nèi)存，一部分放入硬盤。如果允許內(nèi)存小于最小所需內(nèi)存，則無法計算。所以如果你的模型“全速計算”所需內(nèi)存量很小的時候，或者相對你的計算機物理內(nèi)存很小的時候，如果不改變計算機配置，速度就已經(jīng)達到最快了，再加大內(nèi)存或內(nèi)存上限也沒用。如果你的模型無法進行“全速計算”，首先可以在可能的情況下，提高ABAQUS允許使用內(nèi)存上限值來提速，如果本身物理內(nèi)存的限制，那么加大物理內(nèi)存也能提速。下面說說CPU和內(nèi)存的使用問題。首先CPU和內(nèi)存頻率越高計算速度就會越快。當“全速計算”時，我看到的是CPU在分析計算時能100使用（除了前處理，寫入計算結(jié)果和兩迭代計算中間隙時），多CPU計算也是如此。不是“全速計算”時，分析計算種CPU部分時間能100使用，和部分CPU能100使用，我想這應(yīng)該和硬盤讀寫速度相對較慢導(dǎo)致的吧。如果有兩個模型在某計算機中都能“全速計算”，兩個“全速計算”的內(nèi)存之和也不超過允許使用內(nèi)存大小，如果同時計算，計算速度應(yīng)該都小于分別單獨計算時的速度，因為CPU要分配給兩個模型用。如果兩個“全速計算”的內(nèi)存之和大于允許使用內(nèi)存，則同時計算時就會“搶內(nèi)存”，計算速度就會大打折扣，這還沒考慮如果使用了虛擬內(nèi)存的情況。如果你設(shè)置的ABAQUS使用的內(nèi)存上限大于你實際的物理內(nèi)存，這個時候好像就會用到虛擬內(nèi)存，計算速度也會大打折扣。如果你用ABAQUS時還有其它程序也在大量使用內(nèi)存和CPU，也會很影響速度。所以務(wù)必保證你設(shè)置的允許使用內(nèi)存上限，必須是計算機物理內(nèi)存實際能空閑提供給ABAQUS使用的內(nèi)存。然后再是Linux和并行計算的問題，一臺計算機使用多個CPU進行計算也算是一種并行計算，在“全速計算”情況下參與計算的CPU越多，計算速度越快。我用的是ABAQUS6.8，Linux用的是opensuse10.3，計算機用的是兩臺64位8CPU工作站。我的計算速度經(jīng)驗是，同一個模型在“全速計算”情況下，用隱式計算，單機Linux計算時間是單機Windows計算時間的四分之三，兩個工作站Linux并行計算的時間是單機Windows計算的二分之一。這個問題我也是研究過：1 計算速度在不同的ABAQUS處理階段是不一樣的，所以不同時間CPU的使用率也是不同的2 CPU要和相應(yīng)的內(nèi)存相配套，例如64位的操作系統(tǒng)要和4G以上的電腦，我的是16G的內(nèi)存，8核CPU，CPU有時候可以全部達到50%以上3 CPU只有在顯式計算中能體會到最大的使用率，可以看到所有的CPU在運行，很壯觀的。是的，前處理，寫入計算結(jié)果和兩迭代計算中間隙時，CPU使用率沒有真正計算時高。對于顯示計算，之所以CPU總能100利用，我覺得是因為由于顯示計算時，臨時文件只有第一種臨時文件，也就是臨時文件都只能放到內(nèi)存中，所以顯示計算就相當于隱式計算的“全速計算”。隱式“全速計算”時，CPU全部用滿的確很壯觀，我用兩個64位工作站進行Linux并行計算時，16個CPU的使用率都是100時很讓人興奮??！既然有人把老貼頂起來了, 我就再多啰嗦兩句, 望Robert_Su網(wǎng)開一頁.首先, I/O是指input/output,是指用于基本輸入輸出的交換文件大小, 如果內(nèi)存了不夠的話, 這個文件是放在硬盤上的, 如果內(nèi)存足夠大的話, 這個文件則會由ABAQUS進行任務(wù)調(diào)度放入內(nèi)存以提高速度, 即設(shè)定內(nèi)存使用量的百分比. 這個不是指所需的內(nèi)存量, 而是作為一個控制磁盤剩余空間的參數(shù). 其次, 關(guān)于緩存大了是不是一定好的問題, 緩存是一個磁盤文件的部分或全部鏡像, CPU要得到數(shù)據(jù)首先是通過查找其內(nèi)部的高速緩存, 或叫一級緩存, 如果沒有, 再查找二級, 還沒有再查找內(nèi)存中的磁盤緩存, 還沒有就查找磁盤文件, 一部級數(shù)越高, 其緩存物理速度越快, 空間也越小, 價格也高, 所以系統(tǒng)分級緩存是一個金字塔形的, 假如CPU在前三次都沒找到, 第四次找磁盤空間才找到, 為什么不能直接找磁盤呢, 這樣不是更節(jié)約時間? 問題就出在所有的緩存都是下一級緩存部分鏡像上, 而且查找緩存也要用到一定的時間, 這種情況下, 磁盤文件在內(nèi)存中的緩存就不是越大越好, 而是剛剛好最好, 小了會減小命中率, 大了會增加查找時間.再次, 關(guān)于多CPU的問題, 操作系統(tǒng)在進行任務(wù)調(diào)度的時候會盡量安排互相之間沒有資源沖突的線程分CPU進行計算, 最后再進行數(shù)據(jù)同步, 每個CPU和線程都占用獨立的運行空間, 為了對公用的數(shù)據(jù)空間進行管理, 防止幾個線程同時改變公共數(shù)據(jù), 同步技術(shù)在這里被使用了, 跑得快的必須在某個點停下來等跑得慢的, 這樣就造成了執(zhí)行效率的下降, 但是保證了數(shù)據(jù)安全, 沒有必錯誤的修改, 所以不可能出現(xiàn)一個CPU在進行每二步迭代了, 另一個CPU還是算第一步的情況, 特別是在std中很明顯, 我曾經(jīng)試過4CPU比2CPU計算會慢一點點的情況. 就是因為數(shù)據(jù)同步的問題.model change單元的鈍化和激活技術(shù)在對施工工序進行模擬時是十分必要的。因此，探索ABAQUS中單元的鈍化和激活具有明顯的意義。在本論壇*Model change 的應(yīng)用技巧初步/viewthread.php?tid=842837&extra=page%3D1%26amp%3Bfilter%3Dtype%26amp%3Btypeid%3D2&page=1經(jīng)過網(wǎng)友們的熱烈討論，尤其是jsnjcivil的提醒后，才發(fā)現(xiàn)這個該帖內(nèi)容尤其是原帖的inp文件已經(jīng)跟后邊討論的內(nèi)容存在比較大的出入了，不便于對model change的正確把握。為了方便以后的網(wǎng)友更容易掌握該命令的應(yīng)用，特開新貼并進行修正。也一并感謝jsnjcivil。基本原理：首先將結(jié)構(gòu)分成兩個獨立部分，一是需要在前期需要鈍化而隨后需要激活的部分，另一部分就是不需要做任何處理的剩余部分。在此將其分別命名為“需要鈍化”的部分和“不需要鈍化”的部分。由于ABA在激活單元時是在該單元的原始位置予以激活，而實際結(jié)構(gòu)分析中往往要求在變形后的位置上以無初始應(yīng)變的方式激活。故需要先確定變形后的相應(yīng)位置，并予以激活。為此特設(shè)置一種具有“追蹤功能”的單元。此單元實際上是“需要鈍化”單元的備份單元（通過elcopy命令實現(xiàn)），具體要求如下：1.該單元跟“需要鈍化”單元形狀完全一致，共享節(jié)點，但具有不同的單元號；2.該單元的剛度很小，它的存在不影響原有結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果；3.該單元的自重?zé)o限小，不至于由于自重導(dǎo)致該單元產(chǎn)生過大應(yīng)力和變形；可見，該“追蹤功能”的單元具有“完全彈性”性質(zhì)。因此，當添加此單元后，實際結(jié)構(gòu)實際上由三部分組成，一是“需要鈍化”的單元，二是“不需要鈍化”的單元，三是賦予了完全彈性材料特性的 “追蹤單元”?，F(xiàn)在，如果將原來 “需要鈍化”的單元鈍化掉(*model change, remove)，則結(jié)構(gòu)中剩下的就是“不需要鈍化”的單元和“追蹤單元”兩部分。由于“追蹤單元”的剛度很小，所以，理論上是不影響原有結(jié)構(gòu)的受力的。但由于追蹤單元仍在結(jié)構(gòu)上，其變形位置是可以隨 “不需要鈍化”單元的變形而獲得的。當此時激活先前已經(jīng)鈍化的單元時，由于該單元與“追蹤單元”共享節(jié)點，先前已經(jīng)鈍化的單元就自然而然的獲得變形后的位置了。這就是“追蹤”功能的基本原理。如果“追蹤單元”不采用完全彈性材料，則結(jié)構(gòu)的剛度就會因此增大很多，這是第一個需要注意的地方。如果“追蹤單元”的自重參數(shù)較大，則會因其彈性模量較小而產(chǎn)生很大的變形，這是第二個需要注意的地方。如果鈍化單元后結(jié)構(gòu)體系的約束設(shè)置不合理，則會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，這是第三個需要注意的地方。由于“追蹤單元”的“完全彈性”和小自重特性，理論上講，對結(jié)構(gòu)的任何一部分的計算都不會有很明顯的影響?；静襟E：建立part，結(jié)合施工順序的要求對相關(guān)part進行partition，并將partition 后的各個獨立部分設(shè)置單元集（以便在elcopy的時候調(diào)用）。此時的結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一是“需要鈍化”的單元集，二是剩余的“不需要鈍化”的單元集。這兩部分必須相互獨立，不能有交集。當然，在同一個part里，允許有多個“需要鈍化”的單元集存在。在assembly階段，將涉及“需要鈍化”單元集的部分按part內(nèi)同樣的要求設(shè)置相應(yīng)的單元集，以便model change時方便調(diào)用。其它建模步驟先按一般方法完成。然后對形成的inp文件進行修改。1.在涉及“需要鈍化”的單元集的instance里添加elcopy命令行*Elcopy, Element shift=XXXX, Old set=Original_Set, New set=Trace_Set,Shiftnodes=0此處的Element shift=XXXX是單元號的增加量，一般要求略大于該instance中原有單元數(shù)的最大值，否則會出現(xiàn)材料重復(fù)定義的錯誤提示；也不宜設(shè)置過大。Old set=Original_Set此處的Original_Set是在該instance中 “需要鈍化”的單元集。New set=Trace_Set是新增的用于追蹤的單元集。Shiftnodes=0即表示新增追蹤單元集Trace_Set與“需要鈍化”的Original_Set單元集共享節(jié)點。2. 在assembly 中設(shè)置“需要鈍化”的單元集，以便在model change進行相關(guān)操作。如果不在此處設(shè)置單元集，則在model change調(diào)用的時候需要指定part屬性。3.添加“完全彈性”材料要求完全彈性，即相對于非鈍化單元的彈性模量小，最好能小5個數(shù)量級；要求質(zhì)輕，以避免自重引起變形過大，可近似取自重密度比其彈性模型模量小5個數(shù)量級。4.在適當階段鈍化單元集* Remove all elements in element set Original_Set*MODEL CHANGE, REMOVEOriginal_Set需要注意的是鈍化掉的是原始單