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SAUSG軟件一直以其強(qiáng)大的非線性分析及精準(zhǔn)高效的特點(diǎn)受到工程師高度好評，其軟件的計(jì)算效率也是廣大工程師重點(diǎn)關(guān)注的問題。對于一個(gè)百萬自由度的結(jié)構(gòu)模型，某些通用有限元軟件，計(jì)算時(shí)間動(dòng)輒幾十個(gè)小時(shí)，讓很多小伙伴望而卻步，而SAUSG軟件通過CPU+GPU顯卡異構(gòu)并行計(jì)算技術(shù)，在較高版本顯卡的加持下，會在短時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)工況計(jì)算，大大縮短了計(jì)算時(shí)間并保證了計(jì)算精度。工程師還可以通過對軟件或結(jié)構(gòu)模型做一些調(diào)整來提高計(jì)算效率，本文主要匯總幾種常見的調(diào)整方法，此外還有一些其他的調(diào)整方法，參見往期文章《如何讓彈塑性分析算的更快？》（點(diǎn)擊即可閱讀）。 1、多臺設(shè)備計(jì)算整合結(jié)果 相信小伙伴們在日常工作過程中，肯定遇到過一些項(xiàng)目模型體量較大，并且計(jì)算分析時(shí)間緊湊或者馬上要進(jìn)行評審急需得到計(jì)算結(jié)果的情景，此時(shí)大家肯定會思考這個(gè)模型能不能在兩臺電腦或三臺電腦同時(shí)計(jì)算并且可以把結(jié)果整合到一起？答案是可以的。下面我們以一個(gè)較大體量的結(jié)構(gòu)作為例子介紹，結(jié)構(gòu)模型及模型信息如下圖1。具體步驟如下： （1） 對模型進(jìn)行初始分析得到基本動(dòng)力特性，選擇合適的地震波，地震動(dòng)選取如圖2（a）； （2） 選擇好地震動(dòng)后，自動(dòng)生成地震工況，如圖2（b）所示；   （a） 結(jié)構(gòu)模型 （b） 項(xiàng)目統(tǒng)計(jì) 圖1 結(jié)構(gòu)模型   （a）地震動(dòng)選取 （b）地震工況定義 圖2 地震動(dòng)選取及工況定義 （3） 采用兩臺電腦進(jìn)行計(jì)算，我們需要拷貝一個(gè)定義好地震工況的xx_.ssg格式文件到另一臺電腦。電腦1計(jì)算前三工況，電腦2計(jì)算后三工況。 （4） 計(jì)算完成后將電腦2中Earthquake Result文件夾下后三工況的計(jì)算結(jié)果文件拷貝至電腦1相應(yīng)Earthquake Result文件夾中，打開電腦1中SAUSG軟件分析對話框可以看到后三工況為100%的計(jì)算狀態(tài)，如下圖3，相應(yīng)的可以在后處理中查看全部工況的計(jì)算結(jié)果。因此通過多臺電腦合力計(jì)算能夠節(jié)約大部分計(jì)算時(shí)間，同時(shí)如果有條件電腦配備兩塊高性能顯卡，這樣計(jì)算工況可以分配到兩塊顯卡同時(shí)計(jì)算，其效果類同采用兩臺電腦計(jì)算，會大大節(jié)省計(jì)算時(shí)間。  圖3 計(jì)算狀態(tài) 2、剛性樓板 2024版SAUSG軟件增加了剛性隔板功能，如下圖4（該功能位置在【屬性修改】——【剛度系數(shù)】下）。如果用戶不關(guān)心樓板性能，運(yùn)用該功能時(shí)，設(shè)置剛性隔板后，樓板將被刪除，單元數(shù)量大幅度減少，從而提高計(jì)算效率。該節(jié)通過圖1案例對比采用剛性隔板和不采用剛性隔板模型進(jìn)行計(jì)算，網(wǎng)格尺寸等參數(shù)均采用軟件默認(rèn)值（該算例在同一臺電腦上計(jì)算完成，小編的電腦顯卡型號為GTX 1080）。計(jì)算完成后可以在計(jì)算文件內(nèi)找到結(jié)構(gòu)名XX_FeaTime.MSG文件并用記事本方式打開就可以查看計(jì)算時(shí)間了，如下圖5，通過對比可知，采用剛性隔板的模型動(dòng)力彈塑性分析耗時(shí)2小時(shí)25分鐘，相比采用彈塑性板模型3小時(shí)48分鐘耗時(shí)，計(jì)算效率提高了37%。  圖4 剛性隔板及構(gòu)件剛度調(diào)整對話框  圖5 兩種模型計(jì)算時(shí)間對比   （a）能量圖 （彈塑性板模型） （b） 能量圖 （剛性隔板模型） 圖6 兩種模型能量圖對比  （a）構(gòu)件性能 （彈塑性板模型） （b） 構(gòu)件性能 （剛性隔板模型） 圖7 兩種模型構(gòu)件性能對比 綜上設(shè)置剛性隔板后，計(jì)算效率大大提高。同時(shí)圖6為兩種模型罕遇地震作用下對應(yīng)的耗能圖，剛性隔板模型結(jié)構(gòu)彈塑性附加阻尼比為4.7%，而常規(guī)彈塑性板模型結(jié)構(gòu)彈塑性附加阻尼比為3.2%，可知彈塑性樓板模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷耗能相對剛性隔板模型較小。圖7為兩種模型構(gòu)件性能水平對比，剛性隔板模型中梁構(gòu)件輕度損壞和中度損壞的占比相對彈塑性板模型有較大的提高，與圖6中剛性隔板模型結(jié)構(gòu)彈塑性提供的附加阻尼比較高的原因相對應(yīng)，說明彈塑性板對結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下構(gòu)件的損傷有一定的影響，影響程度在可接受范圍內(nèi)。通過以上能量圖和構(gòu)件性能圖對比可知，采用剛性隔板模型結(jié)果和常規(guī)彈塑性板模型結(jié)果有一定的差異，工程師如果對樓板性能要求不高并且和設(shè)計(jì)軟件采用振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果比較時(shí)，采用剛性隔板模型方案是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 3、調(diào)整增大計(jì)算步長 SAUSG軟件進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析時(shí)，在工況分析對話框中采用修正的中心差分法計(jì)算時(shí)，其后有個(gè)加載時(shí)間步長，如圖2(b)紅框處，小伙伴們經(jīng)常對這個(gè)分析步長比較疑惑，那么這個(gè)時(shí)間步長是怎么得到的呢?其實(shí)在采用顯示方法求解動(dòng)力方程時(shí)，為確保數(shù)值解的穩(wěn)定性，需要求出相應(yīng)的臨界穩(wěn)定步長，并據(jù)此選擇適當(dāng)?shù)姆治霾介L，當(dāng)分析步長小于或等于臨界穩(wěn)定步長時(shí)，數(shù)值解能夠較為準(zhǔn)確地反映真實(shí)解的行為，而當(dāng)分析步長大于臨界穩(wěn)定步長時(shí)，數(shù)值解可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。SAUSG中穩(wěn)定分析步長是采用最大頻率計(jì)算得到，而最大頻率分析與構(gòu)件最小單元相關(guān)，因此結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分時(shí)構(gòu)件越規(guī)整，則計(jì)算步長相對越大，結(jié)構(gòu)的計(jì)算效率也會越高。本文具體介紹幾個(gè)工程案例，通過對結(jié)構(gòu)模型的調(diào)整實(shí)現(xiàn)增大分析步長。 上面幾個(gè)案例是小伙伴在日常使用軟件過程中不太關(guān)注的問題，尤其是針對這種大體量的結(jié)構(gòu)模型，幾何結(jié)構(gòu)模型比較復(fù)雜，很容易造成墻板構(gòu)件被其他構(gòu)件分割成短墻或異形板，造成網(wǎng)格劃分后最小單元尺寸較小，從而最大頻率分析得到的分析步長很小。鑒于上面案例的經(jīng)驗(yàn)，各位工程師在前處理調(diào)整模型時(shí)可對這些短墻或者不利網(wǎng)格處的板進(jìn)行修改，這樣會進(jìn)一步增加計(jì)算步長，使得調(diào)整后的模型計(jì)算時(shí)長相對調(diào)整前模型有較大的縮短。同時(shí)SAUSG研發(fā)小伙伴針對這一問題會給出一套智能優(yōu)化調(diào)整方案，將會在下一版本發(fā)布該功能，屆時(shí)歡迎廣大工程師體驗(yàn)這飛一般的感覺。 4、小結(jié) 1、當(dāng)項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)在即，結(jié)構(gòu)模型自由度數(shù)量巨大且地震工況較多情況下，可以使用多臺電腦分開進(jìn)行計(jì)算分析，分析完成后將計(jì)算結(jié)果整合在一臺電腦，通過這種方法可以成倍提高結(jié)構(gòu)的計(jì)算效率； 2、當(dāng)用戶不關(guān)心地震作用下樓板性能并且對計(jì)算效率要求較高時(shí)，可以采用剛性隔板功能，在保證計(jì)算精度的同時(shí)較大縮短計(jì)算時(shí)長； 3、當(dāng)結(jié)構(gòu)模型體量大，最大頻率分析得到的分析步長較小時(shí),可以找到最大頻率振型對應(yīng)的構(gòu)件最小單元位置，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行調(diào)整，通過增加分析步長可以極大地提高計(jì)算效率。 供稿丨劉建成 審稿丨劉孝國、侯曉武 編輯丨王蕊 責(zé)編丨周婷婷 |
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