很多abaqus的用户都希望在使用abaous软件进行有限元分析时,尽可能地缩短计算时间,从而提升工作效率。但是这其中就会出现一个问题,提高求解精度和缩短计算时间是有限元分析的两个重要目标,而这二者又是互相矛盾的,缩短计算时间往往要以牺牲计算精度作为代价。
如何根据不同的问题类型和求解要求建立最合理的模型,用尽量短的计算时间得到足够精确的结果,是有限元分析过程中的一个重要问题。影响分析时间的主要因素包括下列几个方面。
1)分析类型:二维平面应力、平面应变和轴对称问题要比三维问题的模型规模小得多,如果所分析的问题符合二维模型的特征,就没有必要建立三维模型。大家可以仔细思考一下在什么情况下可以选择二维模型另外,非线性问题比线性问题迭代收敛难度大,如果在模型中定义了接触、几何非线性、弹塑性材料等非线性参数,计算时间也会大大增加。
2)网格密度:网格越细化,单元和节点数目就越多,计算时间也就越长。
3)单元类型:对于同样的网格,二次单元(例如c3d20r)比线性单元(例如c3d8r)增加了很多内部节点,因此计算时间会大大增加。完全积分单元(例如c3d8)和非协调单元(例如c3d8i)的积分点比减缩积分单元(例如c3d8r)多,计算时间也相对更长一些。
4)接触的定义:接触面上的节点越多,计算时间就越长。有限滑移接触算法(finite sliding)比小滑移接触算法(small sliding)计算量大,计算时间也更长。
5)分析步时间、增量步和迭代步:在静力分析中,分析步时间没有实际的物理含义,计算时间取决于迭代步和增量步的数量。问题越复杂,收敛难度越大,增量步长就越小,需要的迭代次数也就越多,计算时间就会越长。
在动力分析中,分析步时间对应实际的物理时间,分析步时间越长,则求解时间越长。一般情况下,在abaqus/explicit 分析中都只定义很短的分析步时间(例如0.02s),否则可能计算时间过长。
另外,影响 abaqus/explicit分析时间的关键因素是稳定极限值,它取决于最小单元尺寸、材料性质、材料密度、单元类型等因素。
6)计算机的性能:增大内存可以大大缩短abaqus/standard分析的计算时间,而对abaqus/explicit 分析影响不大。提高cpu的主频、使用多cpu或并行计算对于加快abaous/standard和abaous/explicit的分析速度都很有效。
这里顺便提一下,提交分析作业后,在windows任务管理器中看到分析作业正在运行,但cpu的使用率很低,好像没有在执行任何工作任务,而硬盘的使用率却很高,这是什么原因?
正常情况下,分析计算过程中的cpu的占用率是比较高的,内存的使用量也比较大而不会出现长时间的硬盘读写。出现上述现象时,很可能是模型中存在错误,abaqus正在把关于各个单元或节点的错误信息或警告信息写人dat文件或msg文件。例如,如果没有为单元赋予截面属性,abaous就会把每个单元的相关错误信息都写人dat文件,如果模型非常庞大,单元数目巨大,就会出现长时间写人硬盘的现象。如果在分析过程中出现上述现象,应立刻查看dat文件、msg文件和sta文件中的错误信息或警告信息,如果发现问题,则应中止当前的分析,改正模型中的错误,然后再提交分析作业。
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