重型机械仿真软件：ANSYS二次开发_（21）.ANSYS并行计算与高性能计算.docx
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ANSYS并行计算与高性能计算
在上一节中，我们探讨了ANSYS的基本功能和使用方法，包括如何创建几何模型、网格划分、定义材料属性和边界条件等。本节将重点介绍ANSYS的并行计算和高性能计算（HPC）技术，这些技术对于处理复杂的重型机械仿真问题至关重要。并行计算和高性能计算可以显著减少仿真时间，提高仿真效率，使得大型模型和复杂计算任务变得可行。
1.并行计算概述
并行计算是指同时使用多个计算资源（如CPU核心、GPU、多台计算机等）来执行计算任务，以提高计算速度和效率。在ANSYS中，可以通过多种方式实现并行计算，包括多线程并行、分布式内存并行和混合并行等。
1.1多线程并行
多线程并行计算是利用同一台计算机上的多个CPU核心来并行执行计算任务。这种方式适用于计算密集型任务，如线性求解和非线性求解等。
1.1.1原理
ANSYS使用OpenMP标准来实现多线程并行。OpenMP是一种多线程并行编程接口，通过在代码中插入特定的指令（称为指令集），可以指示编译器如何将计算任务分配给多个线程。每个线程在不同的CPU核心上运行，从而实现并行计算。
1.1.2设置方法
在ANSYS中，可以通过以下步骤启用多线程并行计算：
启动ANSYS时设置线程数：
在启动ANSYS时，可以通过命令行参数设置线程数。例如，使用以下命令启动ANSYS并设置4个线程：
ansys-np4
在ANSYSWorkbench中设置线程数：
在ANSYSWorkbench中，可以通过以下步骤设置线程数：
打开仿真项目。
在项目树中选择相应的仿真模块（如StaticStructural）。
点击“AnalysisSettings”按钮。
在“AnalysisSettings”对话框中，选择“NumberofCPUs”选项，并设置所需的线程数。
1.1.3示例
假设我们有一个复杂的线性静态分析模型，需要使用多线程并行计算来提高求解速度。以下是一个简单的示例，展示如何在ANSYSWorkbench中启用多线程并行计算：
创建几何模型：
打开ANSYSWorkbench。
创建一个新的StaticStructural项目。
导入或创建一个复杂的几何模型，例如一个大型挖掘机的臂架。
划分网格：
在“Model”窗口中，选择“Mesh”模块。
设置网格划分参数，确保模型能够被细分成足够的单元。
设置材料属性和边界条件：
在“EngineeringData”模块中，定义材料属性。
在“Model”窗口中，添加必要的边界条件和载荷。
启用多线程并行计算：
点击“AnalysisSettings”按钮。
在“AnalysisSettings”对话框中，选择“NumberofCPUs”选项，并设置为4。
运行仿真：
点击“Solve”按钮，运行仿真。
查看求解时间，对比使用单线程和多线程的性能差异。
2.分布式内存并行计算
分布式内存并行计算是指将计算任务分配到多台计算机上，每台计算机使用独立的内存资源。这种方式适用于处理非常大的模型和计算任务，可以显著提高计算效率和处理能力。
2.1原理
ANSYS使用MPI（MessagePassingInterface）标准来实现分布式内存并行计算。MPI是一种用于高性能计算的通信标准，通过在网络中的多个节点之间传递消息，实现任务的并行处理。
2.2设置方法
在ANSYS中，可以通过以下步骤启用分布式内存并行计算：
配置计算资源：
确保多台计算机已经连接到同一个网络。
安装MPI库，并配置MPI环境。
启动ANSYS时设置节点数：
在启动ANSYS时，可以通过命令行参数设置节点数。例如，使用以下命令启动ANSYS并设置4个节点：
mpirun-np4ansys
在ANSYSWorkbench中设置节点数：
打开仿真项目。
在项目树中选择相应的仿真模块（如StaticStructural）。
点击“AnalysisSettings”按钮。
在“AnalysisSettings”对话框中，选择“DistributedMemoryParallel”选项，并设置所需的节点数。
2.2.1示例
假设我们有一个非常大的非线性动态分析模型，需要使用分布式内存并行计算来提高求解速度。以下是一个简单的示例，展示如何在ANSYSWorkbench中启用分布式内存并行计算：
配置计算资源：
确保多台计算机已经连接到同一个网络。
安装MPI库，并配置MPI环境。例如，使用OpenMPI：
sudoapt-getinstallopenmpi-binopenmpi-common
创建几何模型：
打开ANSYSWorkbench。
创建一个新的