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Pamcrash汽车侧碰分析

2009-09-24 09:48  by:有限元  来源:广州有道有限元

  软件需求和硬件性能总是交替上升,相互促进,其最终目标则是更好地满足客户日益增长的需求。当前,机电一体化产品的复杂度越来越复杂,市场对创新设计的需求也在加大,这迫使三维设计和分析软件的功能越来越强大,相应地,用户也需要性能更为强劲的硬件平台,以便流畅运行系统需求惊人的应用程序。

  软件方面,从2006年3月开始到现在,三大高端三维CAD软件——CATIA、NX(UG)、Pro/E和三大中端主流三维CAD软件——Solidworks、Solidedge、Inventor,全部完成了版本的升级,悉数提供支持64位操作系统的版本。在系统运行效能大为提高的同时,对计算机性能的要求也上了一个台阶。以最新的Autodesk Inventor 11版本为例,它能操作超过1000个零件的大模型,而所需硬件配置也大为提高:3GHz以上的处理器,3GB以上的内存,至少128MB显存的工作站级显卡,以及3.5GB以上的硬盘空间。这已经是非常主流甚至高端的工作站配置了。
    

   图1 三大高端三维软件全部更新

  硬件方面,随着新的硬件技术的不断涌现,硬件性能不断提高,价格不断降低。年初,三大工作站厂商之一的IBM推出了IBM IntelliStation M Pro 6218系列个人图形工作站,本人在《CAD/CAM与制造业信息化》杂志的帮助下得到了一台试用样机,开始了自己的第一次PC构架工作站使用历程。

    我的第一台PC构架个人工作站

  作为一名技术工程师和研发人员,我进行三维设计的平台是一台高性能PC,而进行分析计算的平台则采用单位的高性能计算后台,后台是由17台AIX服务器组成的分布网格平台。平时,要完成计算任务,我们仅需要在计算任务提交界面填写必要的计算参数,选择内存和CPU数的资源配置参数,再选择解算器即可以开始了,很少利用个人图形工作站。因此,IBM IntelliStation M Pro 6218是我接触的第一台PC构架的个人图形工作站。

  M Pro 6218系列是IBM公司基于Intel i955X芯片组推出的新型个人图形工作站,基于新的芯片组、处理器,灵活搭配处理器、内存和专业图卡,可以完成从零件设计到复杂部件设计的各种复杂度的工作。M Pro 6218系列的配置情况如表1所示。

  其实,个人图形工作站与普通PC的构架基本相同,但在一些关键环节上存在较大差别。第一,处理器和芯片组往往采用市场上的前沿高端产品,以保证系统的浮点计算能力、系统带宽,以及能采用前沿的技术;第二,内存带有ECC校验功能,数量符合主流应用需求,且升级空间较大;第三,显卡采用专业OpenGL显卡,能更好的处理三维CAD模型数据;第四,硬盘采用SATA或SCSI标准,提供更高的传输带宽;第五,图形工作站的制造和检验过程比PC严格得多,其选件标准也远高于普通PC,因此其系统的稳定性比PC好,如IBM的IntelliStation系列图形工作站就采用了服务器制造和检验标准;第六,IBM等品牌图形工作站要经过软件商的认证,以保证各版本CAD软件的兼容性。

  我得到的样机处理器完整继承了工作站的上述贵族血统特征,采用了3.0 GHz Intel Pentium 4,采用1GB的PC-4200 ECC DDR2 双通道内存,配合ATI FIREGL V3100专业显卡。在整个M Pro 6218系列中属于中低端配置。我在Viewperf 9.0中进行了图形系统的基准测试。表2是此套M Pro 6218配置的测试结果。这个测试结果比我平常使用的高端PC提高了至少21%,在PRO/E项目测试中,甚至提高了160之多,这充分证明了工作站在专业图形处理方面的价值。

PAM-CRASH 2G测试

  由于笔者平时的工作侧重于分析计算,下面我们就体验一下M Pro 6218的计算性能。

  我采用了经常使用的PAM-CRASH软件。它是法国ESI开发的三维碰撞冲击仿真模拟系统,主要基于显式有限元算法,比较擅长处理大位移、大旋转、大应变和接触碰撞等问题。这套软件在汽车、机车、船舶和航空航天等领域内主要被研发人员用于模拟、分析高速碰撞问题。我们使用了PAM-CRASH的SAFE模块,用于分析汽车侧碰情况下车架和安全气囊、方向盘、前操作面板等车内主要部件的变形情况。测试模型包括了28种材料,由28个组件构成,被划分为15734个单元。时间步长设定为0.9,速度因子0.1。PAM-CRASH可以支持多核、多线程和多路处理器,主要采用共享内存的方式。这套系统不是BENCHMARK程序,而是真实的应用环境。


  
    由于3.0 GHz Intel Pentium 4(Intel Pentium 4 630)处理器支持多线程技术,我在运算前打开了解算器的两个线程。

  测试使用的算例以壳单元为主,计算循环数在49000以上。为了能看出测试系统的真实性能,我们同时利用AIX计算网格的双处理器(最低只能选择两个处理器)和1GB内存,也采用双线程进行了计算,作为对比。结果如表3和附图所示。

表4 PAM-CRASH的测试成绩
 
   

  这是一场不公平的对决,AIX服务器的运算性能是非常强的,而且是双路处理器、纯64位系统,即使我们仅允许其使用1GB内存,限制了64位系统的优势,其结果也必然是AIX计算服务器胜出。理论上,M Pro 6218的计算耗时应该与AIX系统存在很大差距,然而,出乎我的意料,M Pro 6218在少一颗处理器,运算系统未经优化、且基于32 位系统的情况下,仅比AIX系统落后18.5%,虽败犹荣(要知道AIX单节点采购成本比这个配置的M Pro 6218要高90%)。如果样机采用3.2GHz的双核Pentium 4处理器,鹿死谁手还真未可知。

  看来,随着PC图形工作站的性能大幅度提升,很多科学计算任务也要转向工作站平台。在IBM IntelliStation M Pro 6218进行的此次PAM-CRASH测试就是明证。笔者建议简单的应力、运动学和动力学研究任务,可以考虑在高配置的IBM IntelliStation M Pro 系列工作站上运行。

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