Berechnung großer Strukturen

Fragen zu Solvertypen, Multicore-Rechnungen, Spannungsparametern /
Issues to solvers, multi core, stress parameter

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axel1232
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Berechnung großer Strukturen

Beitrag von axel1232 »

Hallo,
ich berechne gerade mit Z88 Fahrradrahmen. Ich vernetzte die 3D-Daten zu Tetraedernetzen mit quadratischem Ansatz. Das klappt nach anfänglichen Schwierigkeiten jetzt sehr gut. Das gröbste Netz, dass Netgen aus den Step-Dateien machen kann hat grob 450000 Knoten, 230.000 Elemente und damit so um die 1,4 mio Freiheitsgrade. Das Berechnen mit dem SICCG Solver läuft sehr stabil. Das läuft sogar so gut, dass selbst nach herunterfahren - weil ich den Laptop nicht mit Strom versorgt habe - und wiederhochfahren problemlos weiter und fertig gerechnet wird.
Die Ergebnisse, die ich mit max interation erreicht (80000) erhalte (die Rechnung läuft 3 Tage), scheinen stimmig (Messungen, die an ähnlichen Rahmen gemacht wurden, geben Verschiebungen vo 8.2 mm an, bei meiner Rechnung sind es bisher 8.6 mm). Wenn ich den Rahmen gebaut habe, werde ich mal eine Validierungsmessung vornehmen.
Ein echt tolles Programm!
Meine Fragen:
Das Netz mit 3 Tetraederknoten erstellt ja Netgen und wird dann mit z88nt auf 10 Knoten erweitert. Gibt es eine Möglichkeit, das z88nt als Einzelanwendung zum Laufen zu bringen, damit ich die Vernetzung ausserhalb von Z88 machen kann?
Evtl. ein paar Vorschläge für Iterationen, Residuenvektor und Beschleunigung?
Und was sollte ich für einen Rechner haben, damit Rechnungen mit solch großen und evtl. noch größeren Strukturen über Nacht fertig werden?
Vielen Dank im voraus
Axel

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SHautsch
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von SHautsch »

Hallo axel1232,

vielen Dank für Ihr Lob. Die Anwendung von Z88Aurora für Fahrradrahmen ist sehr interessant, eventuell könnten Sie uns hier im Forum mit einigen Screenshots versorgen, damit man sich ein Bild von der Berechnung machen kann.

Zu der Frage mit dem passenden Rechner: überprüfen Sie doch einfach einmal per Taskmanager, ob ihr Arbeitsspeicher bei der Berechnung komplett gefüllt wird. So können Sie überprüfen, ob eine Erweiterung des RAM sinnvoll ist. 8 GB sind mindestens zu empfehlen, wir rechnen hier stellenweise mit 64 oder 128 GB RAM.
Mit einer Mehrkern-CPU und ausreichend großem RAM können Sie die Rechengeschwindigkeit optimieren, wenn sie die beschleunigten Solver (Z88RS) wählen. Vor allem für den beschleunigten PARDISO benötigen Sie viel RAM (dafür ist er der Schnellste), SICCG und SORCG sind etwas genügsamer (und besser für große Elementanzahlen geeignet). Die drei genannten Solver sind alle mehrkernfähig und eben in einer beschleunigten Version (RS) verfügbar. In Z88Aurora wählen Sie einfach den Haken "Beschleunigung aktivieren" unter dem Solverauswahl-Dropdownmenü.

Wieso möchten Sie die Vernetzung außerhalb von Z88Aurora machen? Bitte beschreiben Sie Ihre Anforderungen diesbezüglich genauer. Es ist problemlos möglich, "vornetzte" Daten z.B. aus Abaqus o.ä. zu importieren. Sollten Sie Zugriff auf die einzelnen Module von Z88 benötigen, so können Sie Z88 V14 benutzen. Dort ist mit Z88N der Netzgenerator als eigenständiges Modul mit graphischer Oberfläche enthalten. Sie finden Z88 V14 hier:
http://www.z88.uni-bayreuth.de/z88v13/deutsch.html
Alternativ können Sie natürlich mit Z88Aurora den Rechner A zum Vernetzen verwenden und den Projektordner auf Rechner B kopieren, um dort Rechnungen durchzuführen.
Allgemein empfehle ich, die Dokumentation von Z88Aurora zu studieren (zu finden im Installationsverzeichnis "...\Z88AuroraV2\docu\de", hier v.a. das Theoriehandbuch. Dort finden Sie eventuell Anregungen und Antworten auf Ihre Fragen.

Mit freundlichen Grüßen
Stefan Hautsch

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mz15
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von mz15 »

Hallo axel1232,
Die Ergebnisse, die ich mit max interation erreicht (80000) erhalte (die Rechnung läuft 3 Tage), scheinen stimmig ...
Ich moechte an dieser Stelle noch draufhinweisen, das wenn der Solver dagt, das masxit erreicht wurde die Ergbenisse nicht so verlaesslich sind. Die engegebene Schranke fuer die Genauigkeit konnte nicht erreicht werden. Sie sollten MAXIT daher auf jeden Fall erhoehen und nochmal rechnen. Bei einem so grossen System wuerde ich mindestens auf die Haelfte der Freiheitsgrade gehen also 700 000. Das klingt zwar viel, aber das wird meist nicht gebraucht. So koennen Sie aber vermeiden mehrmals von vorne anzufangen wenn MAXIT erreicht wurde bei einer Berechnung.
Evtl. ein paar Vorschläge für Iterationen, Residuenvektor und Beschleunigung?
Zur Beschleunigung hat mein Kollege schon alles gesagt, den Residuenvektor wuerde ich mal mindestens auf 0.0001 setzen wenn nicht tiefer. Also auch 1E-10 kann manchmal notwendig sein, besonders bei Strukturen wie Ihren die nicht "blockfoermig" sind sondern viele Einzelelemente in unterschiedliche Raumrichtungen haben.

Gruss
mz15

axel1232
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von axel1232 »

Hallo,
gerne stelle ich die Bilder ein. Ich habe jetzt auch mit mehr Iterationen gerechnet. Simuliert wird ein Antritt im Stehen (gesamte Last auf dem rechten Pedal, Fix x,y,z am Steuerrohr oben und Fix in y und z an der Hinterachse - hier bin ich mir noch nicht ganz sicher, ob das für diesen Belastungsfall richtig ist. Ich werde das noch mal mit hinten nur in y fix rechnen-das Laufrad lässt ja Bewegungen in z zu). Gerechnet habe ich das mit unterschiedlichen Vernetzungen um mich an den Endwert anzutasten:
linearer Tetraeder mit 82.880 Knoten (Ergebnis 7,31 mm Auslenkung); linearer Tetrader mit 111.099 Knoten (Ergebnis 7,54 mm); quadratischer Tetraeder mit 455.418 Knoten (Ergebnis 8,86 mm) und q. Tetraeder mit 816.681 Knoten (Ergebnis auch 8,86 mm).
Die Vernetzung wollte ich außerhalb von Z88 machen, da ich die CAD-Daten meist noch mit Netgen "heilen" muß (wenn z.B. Ober- und Sattelrohr den gleichen Durchmesser haben, führt das bei der Vernetzung zu Problemen) und ich daher schon eine *.vol-Datei habe. So muß ich mit Netgen wieder eine *.stp Datei speichern und dann erneut mit Z88 vernetzten. Eine Importfunktion von Netgen*vol Dateien wäre hier schön.
Ich werde noch weitere Lastfälle (Gewichtslast und Bremsen) rechnen und kann bei Interesse auch hiervon Snapshots reinstellen.
2 Fragen noch: Die Gewichtslast leitet noch ein zusätzliches Drehmoment in das Sattelrohr ein. Ich glaube, es geht in Z88 noch nicht, dieses in ein Rohr einzugeben?
Dann würde ich die Hinterachse gerne anders lagern (Bisher habe ich mittig einen Quader, an dessen Kante ich festhalte und so dem ganzen ein wenig Drehung ermögliche). Ideal ist es, wenn ich wie in dem Zahnradbeispiel einen virtullen Punkt erzeugen könnte, der in x,y, und z fest aber drehbar ist. Gibt es die Möglichkeit?

Gruß und Danke
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ccad
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von ccad »

Hallo axel1232,

ich habe die Diskussion mitverfolgt, und mir sind ein paar Dinge aufgefallen:

- 80.000 Iterationen fuer 1,4 Mio. FG kommt mir sehr viel vor; ich schaetze, dass man nicht mehr als ca. 15.000 Iterationen brauchen sollte. Ist die Struktur richtig gelagert oder extrem weich?

- alle unsere Solver von Z88Aurora V2a sind mehr-CPU-faehig; am schnellsten ist der Pardiso, aber der wird fuer die 1,4 Mio. FG bestimmt 16 GB brauchen. Aber der SICCG sollte in laengstens 3~4 Stunden fertig sein, wenn alles passt.

- Haben Sie mal daran gedacht, den Fahrradrahmen mit Balken Nr.2 zu modellieren? Das ist zwar nur per Handeingabe zu machen, aber ich glaube, dass man die noetigen Eingaben in 1~2 Stunden zusammen hat. Dann haben Sie eine sehr kleine Gesamtsteifigkeitsmatrix, die in Sekunden rechenbar ist.

- Eingabe von aussen: Der Solver Z88R (bzw. Z88RS in der beschleunigten Version) ist von aussen ansteuerbar, und zwar genauso, wie der Z88R in der OpenSource-Version Z88V14OS. Bei der muessen Sie den noetigen Speicher selbst definieren, Z88R aus Z88Aurora ist speicher-selbstsuchend, wenn Sie ihn erst im Testmode mit Z88R -t -siccg laufen lassen und dann sofort mit z88R -c -siccg.

- Sie koennen Datensaetze von aussen in Z88Aurora einsteuern. Fuer Sie interessant ist vielleicht die Option "Z88 Datensaetze" aus Z88V14OS. Diese Datensaetze koennen Sie z.B. mit einem kleinen Perl-Programm erzeugen; in Z88V14OS finden Sie unter /perl einen ANSYS-Z88-Konverter von mir, der zeigt, wie's geht.

Viele Gruesse

Prof. Rieg

selopez
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von selopez »

AURORA people

I apologize for intruding on this issue. The exchange of opinions seems to have reached the conclusion that it is impractical to handle the case of the bicycle frame through meshes. In my opinion this is not fair to AURORA's capabilities. Being the bike frame, a tubes structure, this can be treated as a shell case. This last, with the additional advantage that different wall thicknesses can be tested on the same mesh.

The images below show a mesh of 37994 elements No. 24 obtained from an IGES file (or STEP). This mesh was produced by the method that, without much success..., I exposed in mid-April (see "The Yellow Shell-marine" thread at the "How-to" section). Not withstanding this, the most important is, in my opinion, that Pardiso can solve this mesh in less than a minute.

Certainly several observations can be made over the reasonability of applying FEA to the case of the bike frame. Let's mention the welded unions of the parts of the structure, the change of the material properties when these parts are obtained through tapering and/or bending processes, the fact that this type of products are normally manufactured with welded tubes, etc. All these technological realities advise that a simple analysis of a E2 structure would be more logical for the design process, but the possibility of manage fast meshes, and its graphical advantages, is, IMHO, very interesting too.

Best regards
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axel1232
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von axel1232 »

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ccad hat geschrieben:Hallo axel1232,

ich habe die Diskussion mitverfolgt, und mir sind ein paar Dinge aufgefallen:

- 80.000 Iterationen fuer 1,4 Mio. FG kommt mir sehr viel vor; ich schaetze, dass man nicht mehr als ca. 15.000 Iterationen brauchen sollte. Ist die Struktur richtig gelagert oder extrem weich?

- alle unsere Solver von Z88Aurora V2a sind mehr-CPU-faehig; am schnellsten ist der Pardiso, aber der wird fuer die 1,4 Mio. FG bestimmt 16 GB brauchen. Aber der SICCG sollte in laengstens 3~4 Stunden fertig sein, wenn alles passt.

- Haben Sie mal daran gedacht, den Fahrradrahmen mit Balken Nr.2 zu modellieren? Das ist zwar nur per Handeingabe zu machen, aber ich glaube, dass man die noetigen Eingaben in 1~2 Stunden zusammen hat. Dann haben Sie eine sehr kleine Gesamtsteifigkeitsmatrix, die in Sekunden rechenbar ist.

- Eingabe von aussen: Der Solver Z88R (bzw. Z88RS in der beschleunigten Version) ist von aussen ansteuerbar, und zwar genauso, wie der Z88R in der OpenSource-Version Z88V14OS. Bei der muessen Sie den noetigen Speicher selbst definieren, Z88R aus Z88Aurora ist speicher-selbstsuchend, wenn Sie ihn erst im Testmode mit Z88R -t -siccg laufen lassen und dann sofort mit z88R -c -siccg.

- Sie koennen Datensaetze von aussen in Z88Aurora einsteuern. Fuer Sie interessant ist vielleicht die Option "Z88 Datensaetze" aus Z88V14OS. Diese Datensaetze koennen Sie z.B. mit einem kleinen Perl-Programm erzeugen; in Z88V14OS finden Sie unter /perl einen ANSYS-Z88-Konverter von mir, der zeigt, wie's geht.

Viele Gruesse

Prof. Rieg



Hallo Herr Prof. Rieg,
das mit der Lagerung werde ich noch mal überprüfen. Weich ist das nicht (CrMo Stahl). Bisher lagere ich linienförmig, damit auch eine Drehbewegung möglich ist. Anbei ein Beispiel von der Lagerung Steuerrohr unten, Bremsvorgang. In einer der ersten Rechnungen hatte ich das Steuerrohr unten komplett in y fixiert, wodurch sich ein merkwürdiges Deformationsbild ergab. Besser sieht es mit der linienförmigen Lagerung aus, da sich das Seuerrohr um die Z-Achse drehen kann. Evtl. ist das so auch völlig falsch? Ich werde eine Lagerung wie in dem Zahnradbeispiel versuchen (auf 0 (ist der vorderste Pkt), 3, 6 und 9 Uhr am Steuerrohr unten; 0 und 6 Uhr nur in Z festhalten; 3 und 9 Uhr in Z und Y festhalten. Macht das Sinn?

Gruß
Axel
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axel1232
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von axel1232 »

selopez hat geschrieben:AURORA people

I apologize for intruding on this issue. The exchange of opinions seems to have reached the conclusion that it is impractical to handle the case of the bicycle frame through meshes. In my opinion this is not fair to AURORA's capabilities. Being the bike frame, a tubes structure, this can be treated as a shell case. This last, with the additional advantage that different wall thicknesses can be tested on the same mesh.

The images below show a mesh of 37994 elements No. 24 obtained from an IGES file (or STEP). This mesh was produced by the method that, without much success..., I exposed in mid-April (see "The Yellow Shell-marine" thread at the "How-to" section). Not withstanding this, the most important is, in my opinion, that Pardiso can solve this mesh in less than a minute.

Certainly several observations can be made over the reasonability of applying FEA to the case of the bike frame. Let's mention the welded unions of the parts of the structure, the change of the material properties when these parts are obtained through tapering and/or bending processes, the fact that this type of products are normally manufactured with welded tubes, etc. All these technological realities advise that a simple analysis of a E2 structure would be more logical for the design process, but the possibility of manage fast meshes, and its graphical advantages, is, IMHO, very interesting too.

Best regards
Hello Selopez,
there is no reason to apologize. It is very nice that you help. I am a novice in FEM calculation and thankful for any hint.
First of all it is very useful to calculate a tube with a shell element. I’ve seen no way to mesh my step-file in a shell-element-mesh. Currently I use netgen to mesh.
How did you do the meshing? This is very interresting for me.

One question to the snapshot. What are the bondary conditions from the calculated frame? The deformation of the seat stays is very high.

Best regards
Axel

selopez
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Re: Berechnung großer Strukturen

Beitrag von selopez »

Axel,

At the attached image you'll see the BLCs applied in the FEA that I did. The wall thickness is 1.4 mm. The material is "Structural steel" from Aurora's database. The nominal size of the mesh triangle is 4 mm.

Concerning the seat zone regarding your own frame, I believe that the difference of designs can explain some of difference of deformations.

Regards
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