ANSYS

Anwendungsbereich: Finite Elemente

Beschreibung:

ANSYS ist ein leistungsfähiges Finite-Elemente-Programmpaket zur Modellierung gekoppelter physikalischer Probleme. Es bietet Möglichkeiten für strukturmechanische, thermische, akustische und elektromagnetische Simulationen.

Verfügbar auf:

• RRZN-Computeservern
• Hochleistungsrechner Nord (HLRN)

Installierte Versionen: 13.0 SP2

Betreuer: Gerd Brand

Lizenzmodell: Uni Hannover Institutsrechner

Hier finden Sie Hinweise zur Installation von ANSYS Version 13.0 auf Ihren Institutsrechnern.

Alle, die noch die Version 12 einsetzen, finden hier Hinweise zur Installation von ANSYS Version 12.x auf Ihren Institutsrechnern.

• Allgemeines
• Funktionalität
• Installation auf den RRZN-Computeservern
• Benutzung von ANSYS auf den RRZN-Computeservern
• Dokumentation und Beispiele

Die Programmentwicklung und der Vertrieb von ANSYS erfolgt über ANSYS Inc., USA (siehe die Webseite http://www.ansys.com) bzw. über die deutsche Niederlassung ANSYS Germany (siehe die Webseite http://www.cfx-germany.com ). Desweiteren wird ANSYS in Deutschland (und einigen weiteren Ländern) auch von der CAD-FEM Gmbh (siehe die Webseite http://www.cadfem.de) vertrieben.

Hinweis:

Diese Dokumentation beschreibt die Besonderheiten der Installation und der Verwendung von ANSYS auf den RRZN-Computeservern. Die Nutzung von ANSYS auf dem HLRN-Rechner wird dagegen auf den Webseiten des HLRN beschrieben (siehe http://www.hlrn.de/).Für eine ausführlichere Einführung in ANSYS sei auf die Web-Seite von ANSYS Inc. verwiesen.

ANSYS bietet umfangreiche physikalische Modelle für

• Struktur Mechanik
  • lineare Analysen
  • geometrische Nichtlinearitäten
  • nichtlineare Materialgesetze
  • Kontaktanalysen
  • statisch oder transient
  • Topologie Optimierung
• Thermische Analyse
  • Wärmeleitung
  • Konvektion
  • Strahlung
  • Phasen Übergang via Enthalpie
• Elektrostatik
• Magnetostatik
  • 2-d magnetische Vektor Potential Formulierung
  • 3-d Kanten Element Formulierung
  • 3-d Vektor Potential und skalare Element Formulierung
• Nieder-Frequenz Elektromagnetik
• Hoch-Frequenz Elektromagnetik (Full Wave)
• Akustik
• Multi-field Solver
  • sequentiell gekoppelte Simulationen
  • auch viele direkt gekoppelte Simulationen

ANSYS basiert auf modernster Solvertechnologie in Verbindung mit exzellentem Pre- und Postprozessing. Die modular aufgebaute Software vereint die Vorteile von strukturierten und unstrukturierten Rechengittern und zeichnet sich durch exakte physikalische Modelle, ein robustes Lösungsverfahren und effiziente Parallelverarbeitung aus. Die automatische Gittergenerierung und die optimale Anbindung an alle gängigen CAD-Systeme erlauben eine einfache Handhabung von komplexen Geometrien.

 Eine ausführliche Beschreibung der Modellierungsfähigkeiten und eine Anzahl von Tutorialbeispielen kann man in der Online Dokumentation finden (siehe „Dokumentation und Beispiele“). Für weitere Informationen über die Merkmale des Paketes und über Beispiele aus der Industrie siehe die Web-Seite von ANSYS Inc. (siehe oben).

 ANSYS enthält als integriertes Paket neben dem Löser einen Prä- und  Postprozessor sowie Schnittstellen zu externen Prä- und Postprozessoren und CAD-Programmen.

Die derzeit auf den RRZN-Computeservern installierten ANSYS Versionen sind:

• ANSYS 11.0, 12.0, 12.1, 13.0 (default), 14.0 und 14.5

ANSYS auf den RRZN-Computeservern ist ein 64-Bit Programm.

Die aktuelle Lizenz beinhaltet: mehrere gleichzeitige Nutzer plus maximal 96 parallele Prozesse (insgesamt).

Die einzelnen Softwarepakete auf den RRZN-Computeservern werden über sogenannte Module benutzbar gemacht. Mit dem module-Befehl werden Umgebungen für spezifische Softwarepakete eingerichtet oder auch wieder entfernt. Eine Übersicht ergibt das Kommando module avail . Für mehr Informationen über das Modul-Konzept auf dem Cluster sei auf die Seite Modules verwiesen.

Das Paket ANSYS 13.0 (Default Version) steht daher nach dem Kommando

 module load ansys

zur Benutzung zur Verfügung.

Wenn Sie planen, ANSYS regelmäßig zu nutzen, sollten Sie die Zeile module load ansys zu Ihrem Benutzerprofil (.profile, .bashrc oder .kshrc) hinzufügen.

Vor der ersten Benutzung: Lizenzen konfigurieren

Sie müssen vor der ersten Benutzung von ANSYS (Version 12.0 und höhere)  folgende (einmalige!) Aktion durchführen: 

Rufen Sie die ANSLIC_ADMIN Utility auf (dazu muss X11-Ausgabe möglich sein):

 /sw/aws/eng/ansys_inc/shared_files/licensing/lic_admin/anslic_admin

oder:

 module load ansys
 anslic_admin

dann "Set License Preferences for User <your username>" anklicken (s. auch Installation auf Institutsrechnern). Anschließend bewegen Sie bitte den Eintrag "ANSYS Academic Research" in der Liste ganz nach oben, indem Sie auf diesen Eintrag klicken und ihn mit dem "Move up"-Button schrittweise nach oben schieben. Wenn Sie außer ANSYS auch ANSYS CFD einsetzen, bewegen Sie bitte den Eintrag "ANSYS Academic Research CFD" in der Liste ganz nach oben.

Diese sogenannte Client Konfiguration müssen Sie für jede Version von ANSYS einmal durchführen. Sie bezieht sich auf alle ANSYS Produkte (also auch auf ANSYS CFX und ANSYS Fluent).

Ihre Preferences für Version 13.0 werden in der Datei $HOME/.ansys/v130/licensing/license.preferences.xml gespeichert.

Bitte rechnen Sie kleine Modelle (<256.000 Elemente) mit nicht mehr als 4 parallelen Prozessen, Sie können damit die Lizenzen vom Typ "ANSYS Academic Teaching Advanced" benutzen und der Einsatz von mehr als 4 Prozessoren lohnt hier sowieso kaum.

 Nutzungsformen

Im Allgemeinen kann ANSYS auf verschiedene Art und Weise verwendet werden: interaktiv (Dialogbetrieb) oder im Batch, seriell oder parallel, mit einer grafischen Nutzer-Schnittstelle (GUI) oder mit einer Kommandozeilen-Schnittstelle. Auf den RRZN-Computeservern sind folgende Kombinationen möglich:

Interaktiv:      nur auf Orac und Avon; alle Schnittstellen; seriell

Batchbetrieb: auf den Computeserver-Knoten; Kommandozeilen-Schnittstelle; seriell oder parallel

4.1. Interaktive Nutzung von ANSYS mit der GUI-Version

1. Setzen der Umgebung:

module load ansys

Evtl. ist es zusätzlich nötig, auf Ihrer Workstation xhost auf orac.rrzn.uni-hannover.de zu setzen und auf Orac selbst die DISPLAY Variable auf die Adresse Ihrer Workstation.

2. Aufruf der GUI-Version:

ansys130

Das startet das Programm, danach folgende Kommandos eingeben:

/show,x11

/menu,on

 Jetzt sollte das GUI gestartet werden. 

4.2 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb

Eine Berechnung mit ANSYS sollte nur für kleine Testfälle oder Beispiele interaktiv auf Orac ausgeführt werden. Für größere Fälle ist dagegen die Nutzung des Lösers auf den Rechenknoten der Batch-Server erforderlich. Diese Rechenknoten sind nicht direkt erreichbar, sondern nur im Batchbetrieb. Hier wird beschrieben, wie der Löser im seriellen Modus oder im parallelen Modus auf den Rechenknoten innerhalb eines Batch-Jobs aufgerufen werden kann. Zur Abgabe von Batch-Jobs steht auf den RRZN-Computeservern das Batchsystem Torque/PBS zur Verfügung.

1. Bereiten Sie ein PBS-Batchskript vor, das PBS-Direktivens und den Aufruf des ANSYS-Programms enthält. Am Anfang muss die Umgebung wiederum durch module load ansys gesetzt werden.

2. Schicken Sie von Orac aus das Batchskript (z.B. namens jobscript) ab:

qsub jobscript

3. Eine Statusabfrage für diesen Job und andere ist möglich mit dem Kommando:

qstat -a

Für weitere Informationen über nützliche PBS-Kommandos und Einstellungen sei auf die Webseite von Torque/PBS verwiesen.

Der serielle Modus kann für mittelgroße Beispiele oder Testfälle verwendet werden. Punkt 4.2.1 zeigt ein Beispiel für ein entsprechendes Batchskript. Bei größeren Testfällen ist dagegen das Rechnen im parallelen Modus (d.h. auf mehreren Prozessoren gleichzeitig) besser geeignet, um schneller ein Ergebnis zu erhalten. Die Berechnungszeit verkürzt sich dabei im Idealfall proportional zur Anzahl der beteiligten Prozessoren.

ANSYS stellt zwei parallele Modi bereit: Shared Memory parallel und Distributed Memory parallel

Im Shared Memory Modus erfolgt die Parallelisierung durch Erzeugung paralleler Threads. Für diese wird gemeinsam adressierbarer Speicher benötigt. Aus diesem Grund können solche Rechnungen nur auf einem Knoten laufen. Welche Ressourcen pro Knoten auf den RRZN-Computeservern zur Verfügung stehen, finden Sie unter Rechnerressourcen.

Für die parallele Berechnung im sogenannten Distributed Modus erzeugt ANSYS automatisch eine Gebietszerlegung, wobei die Anzahl der Teilgebiete gleich der Anzahl der parallelen Prozesse ist und jeder Prozess dann nur noch auf einem Teilgebiet rechnet und mit den anderen Prozessen benötigte Daten austauscht. Dabei ist zu beachten, dass diese Teilgebiete nicht zu klein gewählt werden, da sonst die erwartete Verkürzung der Berechnungszeit im parallelen Modus nicht erreicht wird. Als Empfehlung wird gegeben: Die Teilgebiete sollten für das parallele Rechnen jeweils pro Prozess minimal 50.000 Elemente enthalten. Punkt 4.2.3 beschreibt das Rechnen mit ANSYS im Distributed Mode.

Lesen Sie bitte in der Online Dokumentation nach, welche parallelen Modi für Ihre Aufgabenstellung zur Verfügung stehen:

Advanced Analysis Techniques Guide: Chapter 15. Using Shared-Memory ANSYS

Distributed ANSYS Guide

4.2.1 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im seriellen Modus

Bereiten Sie ein Batchskript vor, das vom Login-Knoten aus mit dem Kommando qsub abgeschickt wird.

Beispiel für ein Batchskript, wenn ANSYS seriell auf einem Knoten laufen soll:

#!/bin/bash --login
#PBS -N testcase.serial
#PBS -j oe
#PBS -l walltime=00:20:00

# Change working directory

cd $PBS_O_WORKDIR

# Load module
module load ansys
# Start program for serial run;
# (assuming that an input file testcase.dat has been created before):
ansys130 –i testcase.dat -o serial.out 

Die Optionen, die beim ansys130-Aufruf angegeben werden können, können Sie in der Online-Dokumentation nachlesen.

4.2.2 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im Shared Memory Modus

Hier wird beschrieben, wie ANSYS im parallelen Modus mit gemeinsam adressierbarem Speicher auf einem Rechenknoten (nodes=1) innerhalb eines Batch-Jobs aufgerufen werden kann. 

Beispiel für ein Batchskript:

#!/bin/bash --login
#PBS -N testcase.shared
#PBS -j oe
#PBS -l nodes=1:ppn=4
#PBS -l walltime=00:10:00

# Provide ANSYS through modules call: 
module load ansys

# Change to work dir:
cd $PBS_O_WORKDIR

# Calculate number of threads for shared memory computation
nthr=$(cat $PBS_NODEFILE | wc -l)
echo "nthreads = "$nthr

ansys130 -b -np $nthr -i testcase.dat -o shared.out

4.2.3 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im Distributed Memory Modus

Hier wird beschrieben, wie ANSYS im parallelen Modus auf mehreren Knoten mit verteiltem Speicher innerhalb eines Batch-Jobs aufgerufen werden kann.

Beispiel für ein Batchskript:

#!/bin/bash --login
#PBS -N testcase.distr
#PBS -j oe
#PBS -l nodes=2:ppn=4
#PBS -l walltime=00:10:00

# Provide ANSYS through modules call: 
module load ansys

# Change to work dir:
cd $PBS_O_WORKDIR

ulimit -s 300000

# This is for creating the correct HOST string
create_ansys_machine_file machines
read HOST < machines
echo $HOST

ansys130 -b -dis -machines $HOST -mpi hpmpi -i testcase.dat -o distr.out

Die ANSYS Online-Dokumentation lässt sich nach "module load ansys" direkt aufrufen:

anshelp130

Beispieldateien aus dem Verification Manual findet man auf Orac im Verzeichnis:

/sw/aws/eng/ansys_inc/v130/ansys/data/verif

Die PDF-Doku der Versionen 12.0 und 13.0 finden Sie hier (nicht allgemein zugänglich).