四面体 OR 六面体 --发展趋势
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       10年前 CAEer之所以愿意花大气去划分网格,主要是囿于计算成本以及计算瓶颈。硬件方面,如果网格多一点,可能计算机内存量可能就不够用了,10W左右的模型算是超级大模型了,只能借助于大型计算服务器了。10年前大多数软件甚至都还没有并行计算功能,但是如今软件的并行基本上是标配了,Abaqus甚至最高支持到512个CPU并行。那个时候软件和硬件的条件,制约着CAEer只能尽量选择将时间多花在网格处理上,以便于减少计算量,缩短计算时间。

     科技发展是生产力发展的的第一要素,这十年来,摩尔定律依旧被IT行业验证着。如今中关村随便拉一台工作站出来,8核算低端机了,内存16G都不好意思看口说自己是工作站了,其计算速度比10年前一台大型服务器还要快,而价格也就几万块钱。大型刀片机的价格也像是秋天的落叶般降了下来,以前去某科研院所,3年前的刀片服务器可能还要上五六百万,如今,100W的刀片机,计算功能远比之强得多。另外,还有GPU计算功能的推出,对于依赖浮点数的有限元运算又是一大福音。

        软件方面,首先,主流厂商都对稀疏矩阵求解进行了改进,使得稀疏矩阵的求解本来就比以前更加快速。另外各大公司都极力推广高性能并行运算功能,讲计算效率做了进一步的提高,处理大模型的能力得到进一步的释放,比如Abaqus甚至可以支持上十亿的节点并行计算。所以软件和硬件方面都可以说决定着讲CAEer从网格划分的功能繁重任务解放出来。如今,很多公司的产品模型都可到百万节点规模,一般的大型服务器都可以轻松处理。

      另外,在新单元的开发和比较上,早在1992年,IBM的研发人员A.O. Cifuentes A.Kalbag 在《Finite Elements in Analysis and Desing 》杂志上发表过一篇 A Performance Study of Tetrahedral Elements in 3D Finite Element Structural Analysis ,研究比较了一阶四面体单元和二阶四面体单元和六面体单元的比较,在比较了不同受力行为,包括弯曲,剪切,扭转,轴向变形等工况后,表面二阶四面体单元和六面体单元有着相同的精度。二阶四面体单元相比二阶六面体单元,有着更小的矩阵带宽,求解更加准确和迅速。

       如今,越来越多的计算中使用四面体单元,尤其是二阶四面体单元。

      附录:最后简单介绍在Abaqus中常用的二阶四面体单元—— C3D10M(显式Explicit) 和C3D10I(隐式 Standard)。

       Abaqus/Explicit对瞬态高速问题提供了效率极高的解决方案 ,一般在显式分析都会使用缩减几分单元,但是特殊的二阶10节点四面体单元C3D10M可以同时解决复杂的几何外形及接触问题。在显式分析中,使用C3D10M非常广泛,比如在手机跌落领域,市面上基本上所有主流手机跌落测试是Abaqus完成了,而每个手机其中80%的零部件都是无法用六面体划分得出,基本上都是用C3D10M完成的网格。

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       二阶四面体单元C3D10 以及衍生出的C3D10M C3D10MH C3D10H 都会存在一些使用的局限性,对于某些特定问题,比如应力集中问题C3D10M,以及C3D10MH都不合适,C3D10H由于常压力的原因,在弯曲作用下,太软,会导致收敛困难。C3D10则有可能导致体积自锁,这对问题对于C3D10I 都不是问题。二次位移场对于弯曲占主导的问题能很好模拟,而且适用于应力集中问题,内部力学机理自动探测体积自锁,在需要时自动启用附加节点以解决自锁问题,同时增强的面应力显示,因为新的积分法则,减小了积分点外插时候的应力显示错误。总之,这是一个万能单元,在简化的隐式分析的单元选择,代价只是计算量的而外增加而已。

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(完)

发表于: 2011-12-22 08:50 阅读(10101) 评论(3) 收藏 好文推荐
# re: 四面体 OR 六面体 --发展趋势
2011-12-23 10:45 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 1楼
摩尔定律依旧被IT行业验证着
# re: 四面体 OR 六面体 --发展趋势
2011-12-23 10:49 | Louiepy | 2楼
看了博主关于四、六面体之说的几篇文章,大意是两者各具优势,无法取舍,只有共同进步咯,哈哈
# re: 四面体 OR 六面体 --发展趋势
2015-08-21 20:34 | 知也无涯 | 3楼
特来注册一个账号关注博主,学习了,谢谢~!

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