Блог

Новые технологии существенно ускорят процесс моделирования нестационарных электромагнитных полей

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Новые технологии существенно ускорят процесс моделирования нестационарных электромагнитных полей

Компьютерное моделирование нестационарных электромагнитных полей позволяет улучшить процесс проектирования и расчёта электрических машин, силовых и слаботочных трансформаторов, а также других электромагнитных устройств. Моделирование позволяет инженерам проводить анализ динамических систем, включающих нелинейные материалы, постоянные магниты и наведенные вихревые токи, при этом могут быть использованы различные расчётные случаи и возбуждения, включая расчёт импульсных процессов.

Transient Electromagnetic SimulationРасчёт нестационарных задач, как правило, подразумевает пошаговое последовательное решение по времени, и позволяет моделировать процессы насыщения и возникновения вихревых токов, учитывать эффекты от наличия канавок и перемещения ротора в пространстве и во времени. Так как расчёт нестационарных электромагнитных полей требует использования большого количества шагов по времени, скорость расчёта остаётся весьма низкой даже с использованием лучших современных компьютеров, поэтому она является ограничивающим фактором для размерности решаемых задач. По факту, создание компьютерной модели, описывающей стационарный режим работы электрической машины любого вида, является сложной расчётной задачей. На это могут потребоваться дни или даже недели!

ANSYS Maxwell обеспечивает выдающуюся скорость расчёта и возможности для моделирования нестационарного электромагнитного поля в полной постановке (без редуцирования матрицы). Для расчёта применяется метод разбиения по времени (TDM, Time Decomposition Method) – новый метод решения, используемый наряду со специальной технологией решателя с превосходным параллельным масштабированием. Результатом является рост вычислительной скорости на порядок, что позволяет значительно увеличить размер решаемых задач. Эта защищённая патентом технология позволяет инженерам производить расчёт по временным шагам не последовательно, а одновременно, распределяя решение различных шагов между несколькими ядрами, сетевыми компьютерами или вычислительными кластерами.

Метод TDM обеспечивает наиболее эффективный подход к решению крупномасштабных задач. Решение большого количества временных шагов, например, при нестационарном расчёте электромотора, распределяется между отдельными вычислительными узлами или процессорами и выполняется одновременно. По мере получения решения отдельных шагов по времени результаты собираются в единое общее решение. Использование программного обеспечения ANSYS Maxwell и метода TDM позволяет инженерам и научным работникам быстрее справляться с расчетом масштабных задач, а также браться за задачи, расчёт которых ранее считался нереализуемым.

В зависимости от используемой аппаратной платформы выигрыш в скорости и производительности может быть различным. Несмотря на то, что метод TDM разрабатывался главным образом с целью достижения наибольшей производительности на счётных кластерах, он также применим на обычных многоядерных персональных компьютерах. Конечно же, прирост в скорости расчёта будет больше на более мощных платформах. Гибридная версия метода TDM также использует архитектуру высокопроизводительных вычислений (HPC, high-performance computing). На первом уровне распараллеливания шаги по времени распределяются между несколькими узлами и ядрами посредством MPI (Message Passing Interface), а кроме этого может быть реализован второй уровень распараллеливания с задействованием дополнительных ядер и совместным доступом к памяти (shared memory parallel). Превосходная масштабируемость в скорости расчёта и размере решаемых задач при расширении аппаратной платформы была подтверждена на реальных вычислениях тестовых задач.

В качестве примера можно привести моделирование двигателя на постоянных магнитах мощностью 8 кВт и номинальной частотой вращения 2000 оборотов в минуту. Расчет потребовал решения модели с 1,7 млн. степеней свободы на каждом из 600 шагов по времени. Расчёт без использования метода TDM длился 7 дней. Применение этого метода и задействование 396 доступных ядер снизило время расчёта с 7 дней до 2 часов 39 минут!

Такой прорыв в скорости и мощности вычислений позволяет эффективно использовать моделирование нестационарных электромагнитных полей ещё на этапе проектирования, а не только в качестве инструмента для проверочных расчётов. Расчеты, на которые ранее уходили недели, сейчас могут быть проведены в течение нескольких часов. Уже на ранних этапах проектирования может быть проведена оценка критически важных аспектов нестационарности моделируемых процессов, что обеспечивает инженеров-конструкторов ценной информацией, снижает риски задержки проекта и внесения изменений на поздних этапах разработки.

Вы можете посетить наш сайт для получения дополнительной информации о решённых тестовых задачах. Полезная информация по теме также содержится в статье «ANSYS Maxwell and SGI® UV™ 3000 Maximizes Electromagnetic Computation Throughput» и материалах вебинара.

Источник: http://www.ansys-blog.com/simulation-of-transient-electromagnetic-fields/
Автор:  Mark Ravenstahl

Понравился материал? Подпишитесь, чтобы быть в курсе событий

Facebook

Linkedin

Софт Инжиниринг Групп