Náročné inženýrské problémy a superpočítání Tomáš Brzobohatý
Úvod Open source - zavedené sw produkty v oblasti CFD a CSM - výhody/nevýhody - ukázka efektivního využití Knihovny IT4Innovations -FLLOP - BEM4I -MatSol -
CFD - pohyblivé sítě (AMI)
CFD - Aeroakustika Broadband Noise Source
CFD - optimalizace 0,012 0,011 Optimalizace koeficientu odporu prostředí 0,01 0,009 1 2 3 4 5
CFD modelování znečištění
CFD - Modelování spalování Plasmový hořák Proudový hořák
Crash Testy
Bezpečnost chodců
Standardní úlohy SM
Co definuje náročnost výpočtu
Velikost úlohy - rozsáhlé celky, území Fyzikální složitost - nelineární strukturální mechanika -proudění (spalování, AMI) -aeroakustika - optimalizace -FSI
Jak využít superpočítač pro tyto úlohy?
Paralelní strategie - více výpočtů současně - paralelizace na úrovni algebry - využití prostorové dekompozice - využití prostorové a časové dekompozice
Komerční vs. Open source
Komerční sw na IT4I ANSYS, ANSYS FLUENT, CFX LS-DYNA COMSOL EnSight MATLAB Intel compiler.
Open source zavedené OS sw produkty v oblasti CFD a CSM Code Aster Code Saturne Elmer SU 2 OpenFOAM Palabos Netgen EnGrid Salome ParaView Visit Scilab Octave PETSc Trilinos.
Salome Code Aster Code Saturne
Électricité de France 58 aktivních nukleárních reaktorů (ve Francii) Salome Code Aster Code Saturne www.code-aster.org/ www.code-saturne.org/
Spolupráce na vývoji Code Saturne - paralelní zjemňování sítě Mesh multiplication package Výpočet zařízení pro chlazení reaktoru (Large-Eddy Simulation ) Velikost sítě 105 miliard buněk Testováno na 524 288 jádrech
Spoluprace na vývoji Code Aster - rozhraní pro paralelní řešič FLLOP
FLLOP Library FETI Light Layer On top of PETSc Počet oblastí Počet neznámých Čas výpočtu 40 000 1.277 miliardy 218 s Knihovna pro rozsáhlé výpočty úloh kvadratického programování
Elmer
CSC - IT Center for Science Teplo Strukturalní mechanika Proudění Akustika Kvantová mechanika Multifyzika Elektromagnetismus http://www.csc.fi/english/pages/elmer
Spoluprace na vývoji Elmer - rozhraní pro paralelní řešič FLLOP
SU 2
SU2 stanford unstructured 0,012 0,011 Optimalizace koeficientu odporu prostředí 0,01 0,009 1 2 3 4 5
OpenFOAM
OpenFOAM The OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) CFD Toolbox postavený na C++. OpenFOAM je free and open source software, pod licencí GNU General Public License. OpenFOAM obsahuje více než 80 řešičů, pro simulaci specifických problémů inženýrské mechaniky, více jak 170 utilit umožňujících pre- a post-processing, prace se sítí, vizualizace, atd. jednoduchá syntaxe pro parcialni diferencialni rovnice podpora nestrukturovanych sití Automatická paralelizace aplikací napsaných pomocí syntaxe OpenFOAM Komerční podpora a školení poskytované vývojáři
OpenFOAM Úprava kódu Implementace nových řešičů Využití akcelerátorů Intel Xeon PHI Nvidia Tesla
OpenFOAM SHAMPOO - Tvorba GUI možnost úprav v závislosti na požadované funkcionalitě
OpenFOAM Příklad rozšíření OpenFOAM Výpočet zdrojů akustických emisí z CFD analýzy
BEM4I šíření tepla, šíření zvuku umožnuje paralelní řešení vlnová rovnice ve frekvenční oblasti časově závislá vlnová rovnice Další vývoj bude zaměřen na implementací tvarové optimalizace pomocí BEM.
BENCHMARKS open source CFD on ANSELM
Boeing 787 Dreamliner open source CFD on ANSELM Benchmarks
open source CFD on ANSELM Benchmarks Boeing 787 Dreamliner 106.2 M Cells 637.2 M Unknowns Mesh generated by snappyhexmesh simplefoam k-omegasst 2000 time step iter. solver parameters p -GAMG U - smoothsolver k - smoothsolver omega - smoothsolver Tolerance 1e-7 relativetolerance 0.1
open source CFD on ANSELM Benchmarks Boeing 787 Dreamliner
Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks 225.3 M Cells 1351.8 M Unknowns Mesh generated by snappyhexmesh simplefoam k-omegasst 2000 time step iter. solver parameters p -GAMG U - smoothsolver k - smoothsolver omega - smoothsolver Tolerance 1e-8 relativetolerance 0.001
Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks
Hydraulický ventil open source CFD on ANSELM Benchmarks 52.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench simplefoam k-omegasst 1000 time step iter.
Hydraulický ventil open source CFD on ANSELM Benchmarks
Hydraulický ventil open source CFD on ANSELM Benchmarks 2000 1500 Time [s] 1000 500 32 64 256 0 6 14 52 N Cells [M]
Teplotní čidlo open source CFD on ANSELM Benchmarks 5.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench chtmultiregionsimplefoam k-epsilon 1000 time step iter. 11 regions
Teplotní čidlo open source CFD on ANSELM Benchmarks
Modelování Radiace open source CFD on ANSELM Benchmarks 17.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench chtmultiregionsimplefoam fvdom Radiation Model laminar 20000 time step iter. 6 Regions
Modelování Radiace open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador Transient solver - pisofoam 23 M Cells ncorrectors 2 k-omegasst solver parameters p - PCG U - PBiCG k - PBiCG omega - PBiCG open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks 20 000 time steps solution time - 40 hr 256 cores
VSB Campus open source CFD on ANSELM Benchmarks
VSB Campus open source CFD on ANSELM Benchmarks 18 M Cells Mesh generated by snappyhexmesh simplefoam k-epsilon 2000 time step iter.
VSB Campus open source CFD on ANSELM Benchmarks
open source CFD on ANSELM Tvorba velkých sítí snappyhexmesh
Tvorba velkých sítí open source CFD on ANSELM Benchmarks
Tvorba velkých sítí open source CFD on ANSELM Benchmarks
snappyhexmesh open source CFD on ANSELM Benchmarks VSB Campus 1,51 1,01 0,51 0,01 0 50 100 150
open source CFD on ANSELM Benchmarks Boeing 787 Dreamliner snappyhexmesh škálovatelnost N cores 256 512 1024 Time [h] 1.5 2 1.9
Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks snappyhexmesh škálovatelnost N cores 128 256 512 1024 Time [h] 3.7 2.5 3.1 3.7
Benchmarket open source CFD on ANSELM Benchmarks
benchmarket.it4i.cz open source CFD on ANSELM Benchmarks
Palabos
Palabos Open-source CFD založený na lattice Boltzmannově metodě nestlačitelné proudění nestlačitelné proudění s přenosem tepla pohybující se objekty multifázové proudění, volná hladina Komerční produkty: PowerFLOW XFlow http://www.palabos.org/
MatSol nonlinear materials, plasticity, hyperelasticty large deformation, rotation sable discretization techniques combine FEM and BEM discretization FETI, TFETI, FETI-DP, H-FETI BETI, BFETI, BETI-DP, H-BETI error estimation robust transient algorithms multiphysic analysis thermal structural Thermal analysis railway's wheels and relining nonlinear solvers, Newton-Rhapson, Line search, Arc-length contact algorithms SMALSE, MPGP, Semi-smooth Newton thermal analysis, convection, conduction, steady state, transient, nonlinear with OOSol/CORBA massive parallelization is possible! OOSol/CORBA substitute Matlab Distributed Computing Engine Incompressible flow
MatSol