“神工坊”系列：Abaqus显式求解性能剖析

背景

CAE是高性能计算的主要应用场景。

本期选取CAE领域最常用的仿真软件Abaqus，选择基于Abaqus显式求解的某型汽车碰撞的案例。我们来看下基于“神工坊”高性能仿真平台”的Abaqus显式求解计算，和其他仿真云平台进行效率对比如何。

Abaqus显示求解适用于非线性的动力学问题和准静态问题，适用于模拟碰撞、冲击和爆炸等问题，因此广泛应用于航空、航天、汽车等领域。显式求解应用中心差分方法对运动方程进行显式的时间积分，应用一个增量步的条件计算下一个增量步的条件，且需要较小的时间增量，所以对计算机的硬件要求较高。

1模型介绍

我们进行显式分析的模型为某型汽车的碰撞有限元模型。使用材料为某型钢，模型网格数量为300万,实体网格使用C3D8R,壳体网格使用S4RS。仿真时间为0.6s。使用质量缩放，定义时间增量步为1E-06。

汽车、路面和墙体之间接触使用通用接触。定义墙体为刚体、路面为刚体。通过在墙体上定义RP点，将固定约束施加在RP点上使得墙体固定。汽车的

初始速度为25mph,在车体上施加速度场，方向为X轴正方向。

2仿真结果

仿真后的应力云图如下所示：

汽车碰撞过程：

3 仿真云平台对比

进行Abaqus显式求解分析时,所使用的“神工坊”高性能仿真平台与其他两家仿真云平台的硬件参数如下表所示：

提交显式计算后，各个平台的计算日志如下：

本次仿真并行规模分别选取了4核、16核、32核、64核、128核，受限另外两个平台无法进行跨节点并行，并行规模无法进一步扩大。但是我们在“神工坊”

高性能平台进行了256核的并行计算，结果显示计算用时会进一步缩短。

“神工坊”高性能仿真平台与其他几家仿真云平台的计算时间如下图所示。仿真云平台2最高只能64核并行使用，故图表中无仿真云平台2并行规模为128核的结果。

可以发现，“神工坊”高性能仿真平台进行显式动力学仿真分析时，仿真计算 所用的时间随着计算所用核数的增加而持续减少，反观仿真云平台1，其计算所用时间在使用到64核、128核时，时间反而有了增加。

不仅如此，在使用相同的计算核数时，“神工坊”高性能仿真平台计算 所用时间也远短于其他仿真云平台，并且“神工坊”高性能仿真平台在使用32核的计算时间比其他仿真云平台使用64、128核的计算时间更短。

4结论

综上所述，“神工坊”高性能仿真平台在进行Abaqus显式求解分析时，其 性能优于其他仿真云平台。

“神工坊”高性能仿真平台以超算HPC集群作为硬件支撑，加上“神工坊”对于仿真软件进行了CPU的适配与优化，不仅能够实现跨节点大规模并行计算，还缩短了在结构设计中对碰撞、冲击等仿真所需时间，提高了设计工作效率，为产品的设计优化工作提速。  

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