Ta strona opisuje ustawienia dla solvera Elmer.

Ogólne

Elmer jest solverem do zagadnień sprzężonych. Możesz więc używać wielu głównych równań do przeprowadzania analiz. Poszczególne równania są wymienione na stronie przedstawiającej Solver Elmer.

Dostępne są ustawienia solvera wspólne dla wszystkich równań. Zostały opisane tutaj. Ustawienia dostępne tylko dla danego równania są opisane na stronie tego równania.

Elmer oferuje typy analiz steady-state (stan ustalony) i transient (stan nieustalony) oraz dwa główne systemy rozwiązywania, liniowy i nieliniowy. Układ nieliniowy jest używany do równania przepływu i równania ciepła.

Edycja ustawień

Ustawienia solvera można znaleźć w edytorze właściwości po kliknięciu na równaniu w widoku drzewa. Możesz je tam edytować bezpośrednio, jak każdą inną właściwość.

Solver

Układ współrzędnych

Domyślny układ współrzędnych to Cartesian 3D (kartezjański 3D). Niektóre równania nie mogą korzystać ze wszystkich układów współrzędnych. Jest to opisane na stronach Wiki odpowiednich równań.

Przyrosty czasowe (analizy stanu nieustalonego)

Uwaga: FreeCAD 0.20.x ma już następujące ustawienia, ale zapisywane są wyniki tylko dla ostatniej chwili czasowej. Od FreeCAD 0.21 wyniki są zapisywane dla różnych chwil czasowych.

Dla analiz stanu nieustalonego należy zdefiniować przyrosty czasowe. Jest to robione przy pomocy następujących ustawień:

• DANEBDFOrder: Rząd metody BDF (Backward Differentiation Formula). Zalecane jest używanie domyślnej wartości 2.
• DANEOutput Intervals: Szereg interwałów. Wyniki będą zapisywane zgodnie z tymi interwałami. Przykładowo, jeśli wyniki mają być zapisywane co trzeci krok czasowy, należy ustawić 3. Szereg odpowiada właściwości DANETimestep Intervals.
  Uwaga: Pierwszy wynik będzie zawsze dla pierwszego kroku czasowego. Aby np. uzyskać wyniki po 25 % całkowitego czasu i jeśli ostatni wynik ma być dla końcowego czasu, należy ustawić DANEOutput Intervals na 5 a DANETimestep Intervals na 21. dostępne w wersji 0.21
• DANETimestep Intervals: Szereg interwałów czasowych. Solver będzie przeliczał jeden interwał po drugim. Przykładowo, jeśli solver ma przeliczyć pierwsze 10 sekund w krokach po 0.1 sekund a następnie 50 sekund w krokach po 1 sekundzie i się zatrzymać to należy ustawić interwały czasowe [100, 50] i interwały rozmiaru kroków [0.1, 1.0].
• DANETimestep Sizes: Szereg rozmiarów kroków czasowych. Jednostką czasu jest sekunda. Szereg odpowiada właściwości DANETimestep Intervals.

Uwaga: Chociaż używane są pojęcia "chwile czasowe" i "sekundy", chwile czasowe są właściwie postępami solvera jeśli analiza nie jest zależna od czasu.

Aby zobaczyć jak wizualizować wyniki, sprawdź stronę Elmer wizualizacja.

Typ

• DANESimulation type: Czy analiza jest Steady state (stan ustalony), Transient (stan nieustalony) czy po prostu Scanning (skanowanie). Stan nieustalony oznacza, że liczona jest ewolucja układu w czasie. Zobacz sekcję Przyrosty czasowe aby sprawdzić wymagane ustawienia.
• DANESteady State Max Iterations: Maksymalna liczba iteracji solvera stanu ustalonego.
• DANESteady State Min Iterations: Minimalna liczba iteracji solvera stanu ustalonego.

Równanie

Podstawa

Wszystkie równania mają te właściwości:

• DANELabel: Nazwa równania w widoku drzewa.
• DANEPriority: Liczba określająca priorytet tego równania w stosunku do innych równań w analizie. Równanie z najwyższą liczbą będzie rozwiązywane jako pierwsze. Jeśli dwa równania mają tą samą liczbę, to której jest pierwsze w widoku drzewa będzie rozwiązywane najpierw.
• DANEStabilize: Jeśli ta właściwość jest ustawiona na Prawda to solver będzie korzystał ze stabilizowanej metody elementów skończonych podczas rozwiązywania równania ciepła z członem konwekcyjnym. Jeśli ta właściwość jest ustawiona na Fałsz, zamiast tego będzie używana stabilizacja Residual Free Bubble (RFB). Jeśli dominuje konwekcja, stabilizacja jest konieczna do rozwiązania równania.

Układ liniowy

Ten układ ma następujące właściwości:

• DANEBiCGstabl Degree: Rząd wielomianu dla iteracyjnej metody solvera BiCGStabl . Ma to efekt tylko jeśli właściwość DANELinear Solver Type jest ustawiona na Iterative a właściwość DANELinear Iterative Method jest ustawiona na BiCGStabl. Na początek zalecane jest użycie domyślnej wartości 2.
• DANEIdrs Parameter: Parametr dla iteracyjnej metody solvera Idrs . Ma to efekt tylko jeśli właściwość DANELinear Solver Type jest ustawiona na Iterative a właściwość DANELinear Iterative Method jest ustawiona na Idrs. Na początek zalecane jest użycie domyślnej wartości 2. Ustawienie wartości 3 może zwiększyć trochę szybkość obliczeń. Dla analiz przepływu metoda Idrs jest do 30 % szybsza niż domyślna metoda BiCGStab.
• DANELinear Direct Method: Metoda używana do rozwiązywania bezpośredniego. Ma to efekt tylko jeśli właściwość DANELinear Solver Type jest ustawiona na Direct.
  Możliwe metody to Banded, MUMPS i Umpfpack. Zauważ, że MUMPS zwykle wymaga instalacji przed użyciem.
  Uwaga: przy używaniu więcej niż jednego rdzenia procesora dla solvera (dostępne w wersji 0.21) można używać tylko MUMPS. MUMPS musi być zainstalowane ręcznie dla solvera Elmer. Dostępne jest do pobrania tylko po wysłaniu prośby mailem.
• DANELinear Iterations: Maksymalna liczba iteracji dla solvera iteracyjnego. Ma to efekt tylko jeśli właściwość DANELinear Solver Type jest ustawiona na Iterative.
• DANELinear Iterative Method: Metoda używana do rozwiązywania iteracyjnego. Ma to efekt tylko jeśli właściwość DANELinear Solver Type jest ustawiona na Iterative.
• DANELinear Preconditioning: Metoda używana do prekondycjonowania. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w prezentacji Linear Solvers of Elmer in serial & parallel (strona 8).
• DANELinear Solver Type: Czy rozwiązywanie jest Direct (bezpośrednie) czy Iterative (iteracyjne).
• DANELinear System Solver Disabled: Wyłącza solvera liniowy. Należy tego używać tylko w szczegółnych przypadkach.
  Można tego użyć do tymczasowego wyłączenia równania, ponieważ nie jest ono wtedy rozwiązywane. Są jednak przypadki gdy solver zamiast tego trafia na nieskończoną pętlę
• DANELinear Tolerance: Tolerancja do zatrzymania solvera. Jeśli błąd jest mniejszy niż tolerancja, praca solvera zostanie zakończona. W innym wypadku, przeprowadzona zostanie pełna liczba iteracji określona przez właściwość DANELinear Iterations.
  W dzienniku pracy solvera Elmer można zobaczyć jak błąd jest minimalizowany podczas działania solvera. (Zobacz w dzienniku na końcu każdej iteracji solvera wartość za Relative Change). Jeśli nie spada to poniżej konkretnej wartości, ale osiąga wartość powyżej aktualnej tolerancji, która jest dla Ciebie akceptowalna, możesz zwiększyć tolerancję.

Układ nieliniowy

Ten układ jest iteracyjny i ma następujące właściwości:

• DANENonlinear Iterations: Maksymalna liczba iteracji.
• DANENonlinear Newton After Iterations: Solver nieliniowy zaczyna obliczenia z niezawodnym algorytmemPicard. Po kilku iteracjach algorytm jest zmieniany na Newton, który zbiega się szybciej, ale jest mniej niezawodny jeśli wyniki chwilowo się rozbiegają (mogą występować oscylacje). Ta właściwość ustawia liczbę iteracji, po których nastąpi zmiana algorytmu z Picard na Newton.
  Uwaga: zmiana jest dokonywana po tym gdy jedna z tych właściwości zostanie osiągnięta pierwsza: DANENonlinear Newton After Iterations lub DANENonlinear Newton After Tolerance.
• DANENonlinear Newton After Tolerance: Analogicznie jak DANENonlinear Newton After Iterations, ale tutaj ustawiana jest tolerancja. Jest to norma nieliniowego residuum. Jeśli to zostanie osiągnięte, nastąpi zmiana algorytmu z Picard na Newton.
• DANENonlinear Tolerance: Tolerancja do zatrzymania solvera. Jeśli błąd jest mniejszy niż tolerancja, praca solvera zostanie zakończona. W innym wypadku, przeprowadzona będzie pełna liczba iteracji określonych przez właściwość DANENonlinear Iterations.
  W dzienniku pracy solvera Elmer można zobaczyć jak błąd jest minimalizowany podczas pracy solvera. Jeśli nie schodzi on poniżej określonej wartości, która jest akceptowalna, ale jest powyżej aktualnej tolerancji, możesz zwiększyć tolerancję.
• DANERelaxation Factor: To jest najważniejsze ustawienie w przypadku gdy solver się nie zbiega:

Współczynnik relaksacji

Jeśli wyniki iteracji solvera oscylują numerycznie, wtedy nie mogą się zbiec do finalnej, stabilnej wartości. Aby tego uniknąć, obliczona zmienna ${\displaystyle T_{i}}$ i-tej iteracji nie jest brana jako wejście do następnej iteracji, ale wykorzystywana jest wartość ${\displaystyle T_{i}^{'}}$, która jest "tłumiona" z wynikiem poprzedniej iteracji. Współczynnik relaksacji ${\displaystyle \lambda }$ jest więc definiowany jako:

${\displaystyle \quad T_{i}^{'}=\lambda T_{i}+\left(1-\lambda \right)T_{i-1}}$

Zatem przy domyślnej wartości 1.0 nie jest używane tłumienie. Im mniejsza wartość ${\displaystyle \lambda }$, tym większe tłumienie i dłuższy czas osiąganie zbieżności. Więc jeśli solver się nie zbiega, zacznij zmieniać współczynnik relaksacji do 0.9, następnie do 0.8 itd. Wartości poniżej 0.3 są nietypowe i jeśli ich potrzebujesz, powinieneś przyjrzeć się bliżej podstawom matematycznym Twojej analizy.
Dla przypadków gdzie uzyskujesz prawidłową zbieżność, możesz ustawić ${\displaystyle \lambda }$ powyżej 1.0 aby przyspieszyć osiąganie zbieżności.

Stan ustalony

Ta część ustawień ma tylko jedną właściwość:

• DANESteady State Tolerance: Określona tolerancja stanu ustalonego lub układu sprzężonego. Solvery wszystkich równań muszą spełnić własne tolerancje dla zmiennej ${\displaystyle \omega ^{2}}$, którą liczą zanim cały układ zostanie uznany za zbieżny. Kryterium tolerancji to:

${\displaystyle \quad \left\Vert u_{i}-u_{i-1}\right\Vert <\epsilon \left\Vert u_{i}\right\Vert }$

podczas gdy ${\displaystyle \epsilon }$ jest tolerancją stanu ustalonego a ${\displaystyle u_{i}}$ jest obliczaną zmienną w i-tej iteracji.