Simulation - Umgang mit großen Modellen/Baugruppen
1) Mögliche Probleme beim Arbeiten mit großen Dateien:
- Probleme mit Generierung umfangreicher Netze
- Probleme beim Erstellen großer Ergebnisdateien
- Probleme beim Lesen großer Ergebnisdateien
- Probleme bei der Anzeige von Netzen oder Ergebnissen.
Die typische Schwierigkeit bei der Arbeit mit großen Dateien ist in der Regel eine schlechte Leistung.
Insofern sollte man folgendes beachten:
- Vermeiden von potenziellen Probleme indem effiziente Modellierungspraktiken angewandt werden
- Verwenden des PropertyManager "Ergebnisoptionen" um gezielt Ergebnisse zu speichern
siehe auch: https://help.solidworks.com/2024/german/SolidWorks/cworks/idh_help_nonlin_res_options.htm
- lokale Arbeitsweise bevorzugen (SOLIDWORKS und Ergebnisdateien)
z.B. per Pack and Go die Daten lokal kopieren und diese für die Simulation verwenden
2) Probleme mit großen SOLIDWORKS-Modellen
(Modelle, welche viele große Teile und Baugruppendateien enthält)
Bei dieser ersten Art von Problemen besteht die Lösung darin geeignete Hardware sowie die richtigen Einstellungen und Verfahren für die Arbeit mit großen Baugruppen betreffend zu verwenden.
Empfehlungen siehe auch Best Practices for Managing Large Assemblies in der Knowledge Base unter QA00000122358.
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000122358
Die Verwendung von großen Baugruppen für die Simulation erfordert auch weitere Überlegungen
- die Geometrie muss mit Blick auf die Simulation (und nicht auf die Fertigung) modelliert werden.
Hier gilt es zu beachten:
- Mit welcher Art von Elementen werden die einzelnen Komponenten vernetzt?
- Werden durch die Komponenteninteraktion vom Typ "Verbunden" - "global", die meisten Interaktions-Situationen
abgedeckt?
- Welche Komponenten können Sie durch Verbindungsglieder ersetzen?
Tipps zu diesen Überlegungen findet man in der KB auch unter:
QA00000109908 - Tipps und Tricks zur Netzbildung und Modellierung
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000109908
QA00000105159 - Vorbereiten eines Volumenmodells für die gemischte Vernetzung
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000105159
QA00000105124 - Richtlinien für die Modellierung von Festkörpermodellen für die Vernetzung
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000105124
QA00000105324 - Modellierung und Vernetzung einer Rahmenstruktur aus Trägern
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000105324
QA00000105058 - Wo kann ich ein Beispiel für die Erstellung einer Oberflächengeometrie finden, das den Übergang von einem Festkörper zu einer vernetzbaren Oberflächengeometrie erklärt.
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000105058
QA00000109909 - Wann sollte ich keine Balkenelemente verwenden?
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000109909
3) Probleme mit großen Netzen (hohe Knoten und Elementanzahl)
Es gibt aktuell keine Begrenzung für die Anzahl der Knoten und Elemente die SOLIDWORKS Simulation in einem Netz erzeugen kann. Früher gab es bei einigen Solver eine Begrenzung der Anzahl von Freiheitsgraden (DOFs). Diese Beschränkung wurde in Version 2021 aufgehoben und der Intel Direct Sparse Solver kann heute lineare statische und nichtlineare Studien mit mehr als 4 Millionen Gleichungen verarbeiten. Die einzige wirkliche Grenze ist die Datenmenge die der jeweilige Computer verarbeiten kann. Dies hängt vom Betriebssystem, der Größe des Arbeitsspeichers, dem verfügbaren Festplattenplatz usw. ab.
Während die Erstellung eines großen Netzes an sich kein Problem darstellt, können sehr große Ergebnisdateien Leistungsprobleme verursachen. Im Allgemeinen sollten man nicht den gesamten Arbeitsspeicher des Systems nutzen.
Wenn man beispielsweise über 64 GB RAM verfügen, sollte man nicht ein Netz generieren welches den gesamten RAM-Speicher nutzt.
Größere Netze verursachen nicht nur größere Ergebnisdateien, sie führen auch zu einer längeren Analysezeit. Dies gilt insbesondere für lineare dynamische Studien und für nichtlineare Studien. Darüber hinaus kann die Reaktionszeit der Benutzeroberfläche durch Verzögerungen beeinträchtigt werden, z.B. bei der Anzeige von Ergebnissen oder beim Zoomen, Verschieben oder Drehen der Ergebnisdarstellungen.
Wenn man eine Studie mit Zeit- oder Frequenzschritten durchführen lässt (transient thermisch, nichtlinear, dynamisch usw.) gilt zu beachten dass die Größe der Ergebnisdateien proportional zur Anzahl der gespeicherten Schritte ist.
Um durch große Ergebnisdateien verursachten Leistungsprobleme zu begrenzen sollte man das Netz stets optimieren und effizient gestalten.
Anpassungen an einer Simulation um die Analysezeit zu verkürzen und die Dateigröße zu reduzieren umfassen:
- Unterdrückung von Komponenten, die nicht am strukturellen Verhalten der Struktur beteiligt sind.
- Ersetzen von Bauteilen durch Verbindungselemente, Lasten oder Einspannungen.
- Vereinfachung der Geometrie durch Entfernen von Details.
- Planen des Elementtyp für die Vernetzung der verbleibenden Körpers - unabhängig vom Standardelementtyp.
Wenn es für einige Komponenten angemessen ist, Verwendung einer Idealisierung mit 1D- und 2D-Elementen wie Balken,
Staben und Schalen. Die Gesamtzahl der Freiheitsgrade (DOF) in einem Netz hängt mit der Anzahl und dem Typ der Knoten
zusammen. Volumenelemente haben 3 DOF pro Knoten. Schalen- und Balkenelemente haben 6 DOF pro Knoten.
- Die Körper gegebenenfalls aufteilen um bei dünnen Volumenkörpern zwei Elemente über die Dicke zu gewährleisten,
so dass eine größere Elementgröße verwendet werden kann- siehe auch QA00000111602
https://support.3ds.com/knowledge-base/?q=docid:QA00000111602
- Ausnutzen von Symmetrie
(planar, axial und kreisförmig - wenn Geometrie, Last und Einspannung symmetrisch verfügbar ist)
- Verwendung der lokalen Vernetzungssteuerung um die Elementgröße entsprechend den Anforderungen anzupassen.
- Ab Simulation 2020 enthält die Anwendung eine verbesserte Netzformulierung für lineare statische Studien, die es
ermöglicht sowohl Entwurfs- als auch hochwertige Volumenelemente in einer einzigen Netzdefinition nebeneinander zu
verwenden.
4) Probleme bei Erstellung großer Ergebnisdateien
Probleme bei der Erstellung großer Ergebnisdateien treten in der Regel nur bei Analysetypen auf die Ergebnismengen für mehrere Schritte erstellen. Dazu gehören:
- Dynamische Analyse
- Nichtlineare Analyse
- Falltest
- Transiente thermische Analyse
Im Allgemeinen benötigen man bei großen Ergebnisdateien genügend Speicherplatz und eine hohe Lese-/Schreibgeschwindigkeit auf dem Laufwerk auf dem die Dateien gespeichert sind.
a) Verfügbarer Festplattenplatz
Probleme treten auf, wenn nicht genügend Festplattenplatz vorhanden ist.
i) Für alle Solver
SOLIDWORKS Simulation benötigt einen verfügbaren Festplattenspeicher der mindestens doppelt so groß ist wie die Ergebnisdateimenge. Dies liegt daran, dass beim Erstellen der Ergebnisdateien durch den Solver sowohl die CWR-Formatdatei als auch die einzelnen Ergebnisdateien vorhanden sind. Beispiel - der verfügbare Festplattenspeicher vor der Durchführung des Netzes und der Analyse beträgt nur 10GB, die Analyse Ergebnisdateien (z. B. .STE-, .STR-, .OUT-, .CLD-, .GEN-Dateien) werden mit einer Größe von 6 GB erstellt. Folglich kann das Programm die .CWR-Datei nicht erstellen da die Erstellung der .CWR-Datei 6 GB erfordern würde und nur noch 4 GB zur Verfügung stehen.
Wenn genügend Speicherplatz vorhanden ist, kann SOLIDWORKS Simulation sehr große Dateien verarbeiten. Auf einem 64-Bit-Rechner kann davon ausgegangen werden dass das Programm mit Dateien bis zu 30GB großen .CWR-Dateien problemlos funktioniert.
ii) Spezialfall des Direct Sparse Solvers für große Modelle
(dieser Solver muss manuell in der jeweiligen Studie gewählt werden)
Eine Besonderheit des Large Problem Direct Sparse Solvers ist, dass dieser Solver während der Laufzeit temporäre Dateien auf der Festplatte erzeugt, anstatt den Arbeitsspeicher zu nutzen. Der Solver löscht diese Dateien nach Beendigung der Studie. Die Dateinamen folgen der Konvention [MODELL_NAME]-[STUDIEN_NAME].XXX, wobei XXX ein numerischer Wert ist, der in der Regel bei 096 beginnt und mit der Erstellung jeder neuen temporären Datei schrittweise ansteigt. Dieser Wert kann bis zu 130 und mehr betragen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
Der gesamte von diesen Dateien belegte Speicherplatz hängt von der Modellgröße ab. Bei großen Modellen (10 Mio. DOFs) kann die Modellgröße mehrere Hundert GBs betragen. Derzeit prüft der Solver nicht ob genügend Speicherplatz vorhanden ist wenn die Simulation gestartet wird.
b) Hohe Lese-/Schreibgeschwindigkeit auf dem Laufwerk, auf dem die Dateien gespeichert sind
Eine hohe Lese-/Schreibgeschwindigkeit für die Ergebnisdateien ist normalerweise nicht möglich, wenn die Ergebnisdateien auf einem Netzlaufwerk gespeichert sind.
Beim Schreiben von Dateien auf einem Netzlaufwerk ist mit erheblichen Leistungsproblemen zu rechnen. Weitere Informationen finden Sie in Abschnitt 7: "Ist es ratsam, den Ergebnisordner auf einem Netzlaufwerk zu speichern?"
Beachten Sie, dass die gleiche Art von Problemen auch beim Lesen dieser großen CWR-Dateien auftritt.
Die Leistung ist besser wenn sich die Ergebnisdateien auf einem lokalen Laufwerk befinden. SSD / NVRam Laufwerke sind herrkömmlichen Festplattenlaufwerke zu bevorzugen.
Die Verwendung eines Antivirenprogramms mit Echtzeitüberprüfung kann sowohl die Leistung als auch den Erfolg beim Schreiben und Lesen sehr großer Dateien beeinträchtigen.
c) Verringerung der CWR-Dateigröße ohne Änderung des Netzes
Eine gute Lösung zur Verringerung der Größe von CWR-Dateien für transiente thermische und dynamische Analysen besteht darin die Analyse in mehrere Studien aufzuteilen.
Nehmen wir zum Beispiel eine transiente thermische Analyse mit einem Zeitschritt von 10 Sekunden und einer Dauer von 10.000 Sekunden. Diese Analyse erzeugt 1000 Dateisätze. Man kann die Analyse in eine erste Studie mit einem Zeitschritt von 10 Sekunden und einer Dauer von 500 Sekunden aufteilen und dann den letzten Zeitschritt dieser Studie als Anfangsbedingung für eine zweite Studie verwenden, die weitere 500 Sekunden dauert. Auf diese Weise erhält man nur 50 Ergebnissätze pro CWR-Datei, so dass jede Datei nur halb so groß ist. Man kann auch die Optionen im PropertyManager Ergebnisoptionen bearbeiten um anzugeben, dass bestimmte Ergebnismengen die für die Analyse nicht nützlich sind, nicht gespeichert werden sollen.
- Für statische Studien wurde in SOLIDWORKS Simulation 2013 eine neue Option eingeführt, mit der die Spannungs- und Dehnungsergebnisse nicht in der Ergebnisdatei (*.CWR) für statische Studien gespeichert werden. Um diese Option zu aktivieren, deaktiviert man im PropertyManager Ergebnisoptionen die Option Spannungen und Dehnungen unter In Datei zu speichernde Größen. Es werden nur die Ergebnisse für Verschiebung und Körperkraft berechnet und in der Ergebnisdatei gespeichert.
- Bei der nichtlinearen Analyse kann man die Ergebnisoptionen verwenden um Ergebnisse nur für jeden zweiten Berechnungszeitschritt zu speichern (z. B.), wodurch die Größe der Ergebnisdatei um Faktor 2 reduziert wird.
- Für thermische instationäre Studien wurden in SOLIDWORKS Simulation 2013 neue Ergebnisoptionen eingeführt, die das Speichern von Ergebnissen nur für ausgewählte Lösungsschritte ermöglichen. Wählen Sie im PropertyManager Ergebnisoptionen die Option Für angegebene Lösungsschritte. Definieren Sie den Start- und Endlösungsschritt sowie die Schrittweite für den gewünschten Lösungsschrittsatz.
- Bei Falltestanalysen besteht die Lösung darin, die Anzahl der gespeicherten Diagramme im PropertyManager Ergebnisoptionen zu reduzieren.
- Bei dynamischen Studien hat man die Möglichkeit, nur Nodal von Mises-Spannungen (Faster) zu speichern. Dies verringert die Dateigröße und beschleunigt die Anzeige der von Mises-Spannungsdiagramme.
5) Probleme beim Lesen großer Ergebnisdateien
Probleme beim Lesen großer Ergebnisdateien ähneln denen, die beim Schreiben derselben Dateien auftreten. Man benötigt ausreichend Speicherplatz und eine hohe Lese-/Schreibgeschwindigkeit auf dem Laufwerk auf dem die Dateien gespeichert sind.
6) Probleme bei der Anzeige des Netzes oder der Ergebnisse
Die Darstellung von Spannungs- und Dehnungsdiagrammen für Simulationen mit mehr als 10 Millionen Elementen konnte lückenhaft erscheinen. Hier wird immer wieder nachgebessert -> neuesten SOLIDWORKS Version und dem neuesten Service Pack zum testen verwenden
7) Ist es ratsam, den Ordner mit den Simulationsergebnissen in einem Netzwerk zu speichern?
Wird prinzipiell nicht empfohlen.
Eine solche Konfiguration kann gut funktionieren, wenn das Netzwerk sehr schnell ist, die Dateien klein sind und das Antivirusprogramm im Netzwerk keine Probleme verursacht. In manchen Fällen führt eine solche Konfiguration jedoch zu Problemen.
Eines der größten Probleme ist im Allgemeinen die Leistung. Während der Vernetzung und während eine Analyse läuft erstellt SOLIDWORKS Simulation viele temporäre Dateien im Ergebnisordner. Auf den Ergebnisordner muss ständig und unmittelbar lesend und schreibend zugegriffen werden. Die Größe dieser Dateien ist oft viel größer als die der Ergebnisdatei (.CWR). Die Übertragung all dieser Dateien über ein Netzwerk kann nicht nur das Netzwerk verlangsamen sondern auch die Laufzeiten erheblich verlängern.
Auch die Zuverlässigkeit des Netzwerks kann ein Problem darstellen, denn wenn das Netzwerk auch nur kurzzeitig ausfällt, kann dies zu einer Unterbrechung der Analyse und zu Datenverlusten oder sogar zu einer Instabilität der Software führen.
Auch Antivirensoftware kann die Leistung beeinträchtigen, da sie das Lesen und Schreiben von temporären Dateien blockieren kann die für das Vernetzen oder die Lösung von Problemen verwendet werden. Dies kann zu ungewöhnlichem Verhalten führen welches nicht reproduzierbar ist, wenn man die Analyse auf einer lokalen Festplatte ausführt.
Wie bei lokalen Festplatten spielen auch hier die Zugriffsrechte eine Rolle, insbesondere wenn der Netzwerkspeicherort zusätzliche, vom Administrator festgelegte Einschränkungen aufweist.
Die beste Vorgehensweise bei der Durchführung von Simulationen in einer gemeinsam genutzten oder Netzwerkumgebung ist die folgende:
1. Kopieren der Dateien aus dem Netzwerk auf eine lokale Festplatte, bevor man vernetzt und eine Analyse durchführt.
2. In den Studieneigenschaften einen lokalen Ordner als Speicherort für den Ergebnisordner angeben.
3. Verschieben des SOLIDWORKS Modell zusammen mit den entsprechenden CWR-Dateien an einen Speicherort im Netzwerk um sie gemeinsam nutzen zu können.
Es empfiehlt sich auch die CWR-Datei auf eine lokale Festplatte zu kopieren um die Ergebnisse anzuzeigen. Dies gilt auch dann, wenn man eine abgeschlossene Analyse nicht neu vernetzt oder ausführt. Der Grund dafür ist, dass solche Dateien oft groß sind und die Leistung leidet wenn die Ergebnisdatei über ein Netzwerk gelesen wird.
Falls man die SOLIDWORKS Dateien zuvor kopiert hat, am besten den Speicherort des Ergebnisordners (unten im Dialogfeld Eigenschaften der Studie) überprüfen bevor man eine Analyse ausführt, . Dies liegt daran, dass der frühere Speicherort der Ergebnisdatei immer noch in den Eigenschaften der Studie gespeichert ist. Wenn Sie die Dateien auf Ihr lokales Laufwerk C: kopiert haben, verweisen die Dateien möglicherweise immer noch auf einen entfernten Speicherort. Wenn man dann die Analyse ausführt (oder ein Netz erstellt) und der Ergebnisordner auf einen entfernten Speicherort verweist, verringert sich die Leistung drastisch. In diesem Fall ist es ratsam, die Analyse zu beenden, den Ergebnisordner zu ändern und die Analyse erneut lokal auszuführen.