ANSYS 常用求解器性能

1求解器分类
1.1
直接求解器：稀疏矩阵求解器，波前求解器
1.2
迭代求解器：预条件求解器（PCG）,雅可比共轭梯度求解器(JCG)，非完全共轭梯度求解器（ICCG）
1.3
特殊求解器（需要并行license PPFA）：AMG，DPSRSE，DPCG，DJCG……
2
求解器介绍
2.1
直接求解器
2.1.1
稀疏矩阵求解器(Sparse Director Solver)
稀疏求解法是使用消元为基础的直接求解法，在ANSYS10.0中其为默认求解选项。其可以支持实矩阵与复矩阵、对称与非对称矩阵、拉格朗日乘子。其支持各类分析，病态矩阵也不会造成求解的困难。稀疏矩阵求解器由于需要存储分解后的矩阵因此对于内存要求较高。其具有一定的并行性，可以利用到4-8cpu.
其具有3种求解方式：核内求解，最优核外求解，最小核外求解。强烈推荐使用核内求解，此时基本不需要磁盘的输入与输出，能大幅度提高求解速度；而核外求解会受到磁盘输入/输出速度的影响。对于复矩阵或非对称矩阵一般需要通常求解2倍的内存与计算时间。
相关命令：
bcsoption,,incoere 运行核内计算
bcsoption,,optimal 最优核外求解
bcsoption,,minimal 最小核外求解（非正式选项）
bcsoption,,force,memrory_size 指定ANSYS使用内存大小
/config,nproce,CPU_number 指定使用cpu的数目
2.1.2 波前求解器
程序通过三角化消去所有可以由其他自由度表达的自由度，知道最终形成三角
矩阵，求解器在三角化过程中保留的节点自由度数目称为波前，在所有自由度被处理后波前为0，整个过程中波前的最大值称为最大波前，最大波前越大所需内存越大。整个过程中波前的均方值称为RMS波前，RMS波前越大，求解时间越长
相关命令：EQSLV,FRONT 选用波前求解.
2.2
迭代求解器
2.2.1 PCG迭代求解器
其属于间接迭代法，收敛精度主要依赖于收敛准则，适用于静态、稳态、瞬态和子空间特征值分析，特别适合于结构分析，对于一些非线性分析也有较好的效果，在接触分析中当使用罚函数法及增强的拉格朗日法时也能使用。但对于拉格朗日法的接触分析以及不可压缩材料时不能使用。（适用于实矩阵、对称矩阵，不使用于复矩阵、非对称矩阵）
PCG求解器特点：1）由于不需要矩阵分析，所需内存比稀疏矩阵法少。2）对于中等或大尺寸模型，只要迭代合理，PCG比稀疏矩阵求解器快。3）需要核内求解。4）其很依赖于刚度矩阵的良性度，如矩阵为良性则求解速度好，反之效率较低，其单元长宽比要最好在10：1下。4）所需内存较大，一般为JCG的2倍，对于I/O要求较小。5）和其他迭代求解器相比，一般求解速度是JCG的4-10倍（固体结构单元）一般迭代次数在1500下速度优于稀疏求解法，超过1500则认为矩阵病态，可考虑使用其他求解器
PCG不为默认求解器，需要使用eqslv,PCG激活，其并行度在2cpu时性能可提高10-30%,,最高支持到16cpu，最高性能提高8倍.
2.2.2 JCG迭代求解器
JCG求解器只有在静态分析、安全谐波分析和完全瞬态分析才能使用，一般用来处理PCG不能处理的病态比较严重的问题。另外其缺省公差为1e-8，对一些问题其精度可能过高，可调整为1e-5，从而大大提高求解精度。
2.2.3ICCG求解器
其类似于JCG求解器，但比之使用了更加复杂的先决条件，所以在病态矩阵的求解上比JCG更好，但所用的内存也是JCG的2倍。同样也只能用于静态分析、安全谐波分析和完全瞬态分析。
2.3
特殊求解器
专为大型计算的求解器都需要专门的并行licens（PPFA）
2.3.1 AMG求解器（Algebraic Multigrid Solver）
AMG是一个专门为SMP系统服务的求解器，其适用于静态和完全瞬态分析，对于单场的结构分析十分有效，对于病态问题的求解性也优于JCG与ICCG求解器。
2.3.2其他分布式求解器
通用求解器如直接求解器，PCG，JCG，ICCG等都有对应的分布式求解器以适用于大型并行计算。这些分布式求解器即可以使用在单机多cpu环境下使用，也可以在多机多cpu环境下使用。

3 求解器对内存及I/O需求

求解器类型	描述	适用的模型大小	内存使用	磁盘使用
稀疏矩阵直接求解器	使用于所有分析特别是难于收敛的病态问题	1w-50w自由度（超出此范围也能很好使用）	1GB/MDOF(最优核外求解) 10GB/MDOF(核内求解	10GB/MDOF
波前求解器	适合小模型的非线性分析所需内存小，但求解慢	小于5w自由度	小于0.5GB/MDOF	10GB/MDOF
PCG求解器	想稀疏求解器相比减少了I/O，特别适合大模型	5w-1000w+自由度	0.3GB-1GB/MDOF	0.5GB/MDOF
JCG求解器	特别适合单场领域	5w-1000w+自由度	0.5GB/MDOF	0.5GB/MDOF
ICCG求解器	适合JCG无法收敛的复杂问题	5w-1000w+自由度	1.5GB/MDOF	0.5GB/MDOF
分布式稀疏矩阵求解器	类似于稀疏矩阵求解器，可利用到16cpu，需要PPFA license	1w-50w自由度（超出此范围也能很好使用）	主机上1.5 GB/MDOF 副机上1 GB/MDOF 使用的总内存比单独的稀疏矩阵求解器多	10GB/MDOF
DPCG	类似于PCG求解器，需要PPFA license	5w-1000w+自由度	1.5-2GB/MDOF	0.5GB/MDOF
DJCG	类似于JCG求解器，，需要PPFA license	5w-1000w+自由度	0.5GB/MDOF	0.5GB/MDOF