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.
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
