研究与求解器

COMSOL Multiphysics® 5.2a 版本包含新增及更新的求解器,添加了对时域中波传播吸收层的支持,添加了用于启用和禁用研究中的多物理场耦合的新多物理场表格等。浏览下文与研究和求解器有关的 COMSOL Multiphysics® 5.2a 版本的所有更新。

新增平滑聚集代数多重网格 (AMG) 求解器

新增先进的代数多重网格求解器 (AMG),平滑聚集 AMG 求解器,对许多应用领域都非常有用。与之前的传统 AMG 求解器相比,这个新求解器更适用于场变量之间的强耦合问题,例如,结构分析的线弹性。AMG 方法相比几何多格点 (GMG) 方法的主要优势在于无需为较粗化格点级别生成网格。这对于创建粗化网格非常困难或不可能实现的较大的 CAD 模型来说非常有益。

带支架框架的结构分析网格。如图所示,无法为该模型创建较粗化网格。模型中具有 250,000 个二次四面体单元和 1,282,000 个自由度。求解过程需要 51 次迭代,其中共轭梯度求解器使用新的平滑聚集 AMG 作为预处理器。在 Intel® Xeon® 处理器 E5-1650 3.5 GHz 的工作站上解算时间为 65 秒,内存要求具有 3.5 GB 可用空间。

带支架框架的结构分析网格。如图所示,无法为该模型创建较粗化网格。模型中具有 250,000 个二次四面体单元和 1,282,000 个自由度。求解过程需要 51 次迭代,其中共轭梯度求解器使用新的平滑聚集 AMG 作为预处理器。在 Intel® Xeon® 处理器 E5-1650 3.5 GHz 的工作站上解算时间为 65 秒,内存要求具有 3.5 GB 可用空间。

带支架框架的结构分析网格。如图所示,无法为该模型创建较粗化网格。模型中具有 250,000 个二次四面体单元和 1,282,000 个自由度。求解过程需要 51 次迭代,其中共轭梯度求解器使用新的平滑聚集 AMG 作为预处理器。在 Intel® Xeon® 处理器 E5-1650 3.5 GHz 的工作站上解算时间为 65 秒,内存要求具有 3.5 GB 可用空间。

“平滑聚集 AMG”方法通过将自由度 (DOF) 的节点基于连接准则聚集到集合来发挥作用。然后,每个集合将变为下一多格点级别的新节点,算法将继续进行,直到达到一定数量的级别,或直到自由度数量足够小。

COMSOL Multiphysics 简介手册包含使用新的平滑聚集 AMG 求解器进行网格收敛性分析的详细逐步说明。

对带支架的框架进行结构分析计算得出的应力以及平滑聚集 AMG 求解器的“设置”窗口。

对带支架的框架进行结构分析计算得出的应力以及平滑聚集 AMG 求解器的“设置”窗口。

对带支架的框架进行结构分析计算得出的应力以及平滑聚集 AMG 求解器的“设置”窗口。

铝硬尾山地自行车框架的结构分析。该模型具有 194,000 个二次四面体单元和 1,157,000 个自由度。求解过程需要 117 次迭代,其中共轭梯度求解器使用新的平滑聚集 AMG 作为预处理器。在 Intel® Xeon® 处理器 E5-1650 3.1 GHz 的工作站上解算时间为 96 秒,内存要求具有 3.1 GB 可用空间。

铝硬尾山地自行车框架的结构分析。该模型具有 194,000 个二次四面体单元和 1,157,000 个自由度。求解过程需要 117 次迭代,其中共轭梯度求解器使用新的平滑聚集 AMG 作为预处理器。在 Intel® Xeon® 处理器 E5-1650 3.1 GHz 的工作站上解算时间为 96 秒,内存要求具有 3.1 GB 可用空间。

铝硬尾山地自行车框架的结构分析。该模型具有 194,000 个二次四面体单元和 1,157,000 个自由度。求解过程需要 117 次迭代,其中共轭梯度求解器使用新的平滑聚集 AMG 作为预处理器。在 Intel® Xeon® 处理器 E5-1650 3.1 GHz 的工作站上解算时间为 96 秒,内存要求具有 3.1 GB 可用空间。

“App 库”路径:

Structural_Mechanics_Module/Applications/bike_frame_analyzer_llsw

用于集群的新直接求解器

添加了用于集群的新直接求解器:来自 Intel® Math Kernel Library 软件产品的用于集群的平行直接稀疏求解器。在集群上运行模型的情况下选择 PARDISO 选项时将自动选择此求解器。PARDISO 求解器用于共享内存的计算,也可在 Intel® Math Kernel Library 软件产品中使用。在之前的版本中,在集群上运行模型的情况下选择 PARDISO 求解器选项时,会使用 MUMPS 求解器,原因是集群上缺少备用的直接求解器。您仍可通过取消选中用于集群的并行直接稀疏求解器复选框恢复为旧方法。

MUMPS 求解器的性能提升

直接 MUMPS 求解器已升级,显著提升了性能,这归功于执行新的 OpenMP® API 并行算法。

域分解求解器得到了优化

“域分解”求解器已细化并优化,用于处理大问题,尤其是强耦合的多物理场现象,而这种问题之前只能通过直接求解器处理。

  • 默认情况下,求解器对其域分割使用 METIS 算法。
  • 求解器已改进,添加了优化的设置阶段,在集群上运行时通信更有效。
  • 该求解器的粗化格点现在可通过代数方法 (AMG) 设置。这是首选设置,因为可以使用非常粗化的格点,且该技术不需要网格生成(对于复杂的 CAD 模型,粗化级别生成可能会失败)。

使用优化的域分解求解器的示例的“App 库”路径:

Acoustics_Module/Tutorials/transfer_impedance_perforate

穿孔板模型的传输阻抗中的速度和总声压。模型使用通过“域分解”方法预处理的 18 次GMRES 迭代进行求解。此方法已使用 10 个域组自动将计算分为 30 个子域。子域通过直接求解器来求解,这是适用于这个强耦合问题的唯一可行的求解器。计算需要 14.3 GB 的 RAM 来重新计算和清除子域解算步骤之间的 LU 因子。计算完成需要 1 小时 21 分钟。自由度总数为 2,579,000,使用 409,000 个四面体单元。相比之下,使用直接求解器时的内存要求为 120 GB。 穿孔板模型的传输阻抗中的速度和总声压。模型使用通过“域分解”方法预处理的 18 次GMRES 迭代进行求解。此方法已使用 10 个域组自动将计算分为 30 个子域。子域通过直接求解器来求解,这是适用于这个强耦合问题的唯一可行的求解器。计算需要 14.3 GB 的 RAM 来重新计算和清除子域解算步骤之间的 LU 因子。计算完成需要 1 小时 21 分钟。自由度总数为 2,579,000,使用 409,000 个四面体单元。相比之下,使用直接求解器时的内存要求为 120 GB。
穿孔板模型的传输阻抗中的速度和总声压。模型使用通过“域分解”方法预处理的 18 次GMRES 迭代进行求解。此方法已使用 10 个域组自动将计算分为 30 个子域。子域通过直接求解器来求解,这是适用于这个强耦合问题的唯一可行的求解器。计算需要 14.3 GB 的 RAM 来重新计算和清除子域解算步骤之间的 LU 因子。计算完成需要 1 小时 21 分钟。自由度总数为 2,579,000,使用 409,000 个四面体单元。相比之下,使用直接求解器时的内存要求为 120 GB。

瞬态波仿真的无反射吸收层

使用节点间断 Galerkin 方法引入了对时域中波传播吸收层的内置支持。吸收层用作无反射边界条件,通过使用计算区域之外的吸收层属性添加额外的子域来创建;这些吸收层通过坐标变化来延伸,波通过滤波技术而衰减。对于吸收层的外边界,使用局部低反射边界边界条件。

这个技术可有效减少来自层的反射,提供一种通用方法,用于减少散射问题及需要使用无反射边界条件的其他问题的计算域。

使用新的间断 Galerkin 方法的“App 库”示例路径为:

Acoustics_Module/Ultrasound/ultrasound_flow_meter_generic

Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers

模型对称平面中的高斯压力脉冲,其中,波通过新引入的间断 Galerkin 方法在主流道左右两侧的吸收层被吸收。 模型对称平面中的高斯压力脉冲,其中,波通过新引入的间断 Galerkin 方法在主流道左右两侧的吸收层被吸收。
模型对称平面中的高斯压力脉冲,其中,波通过新引入的间断 Galerkin 方法在主流道左右两侧的吸收层被吸收。

使用参数列表在批处理模式中执行参数化扫描

现在可以使用参数值列表作为输入来运行扫描,无需在用户界面中定义。之前只能通过“参数化扫描”使用 COMSOL Desktop® 配置扫描来使用此功能。扫描针对每个参数值运行,并将结果存储在单独的文件中。也可以从文件中读取该列表。

带有用作输入变元的两个参数的列表的批处理命令的示例:

comsolbatch.exe -inputfile feeder_clamp.mph -pname D,d -plist 7,3.75,8,4,9,4.09,10,4.12,11,4.89,12,4.5

同一扫描的示例,但改用文件 parameters.csv 来指定参数列表:

comsolbatch.exe -inputfile feeder_clamp.mph -paramfile parameters.csv

指定套接数量

除了指定核数的设置,COMSOL Multiphysics® 现在新增了用于指定在多套接计算机上使用的套接数量的选项。可在“首选项”窗口的“多核与集群计算”栏中使用此设置。

用于启用和禁用研究中多物理场耦合的新选择

除了之前可用于物理场接口求解的表格,还有一个新的多物理场表格,使您可以选择性启用和禁用可用的多物理场耦合。这更易于在仍将预配置选项用于多物理场耦合时依次添加模型复杂性。

从研究中启用和禁用无限元和完美匹配层

现在,通过模型树中的定义节点,您可以从研究中启用和禁用无限元域完美匹配层节点。激活研究中的修改物理场树和变量选项后可实现这个操作。


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