Re: [问题] "CAE"请问大家会这样子做"收敛分析"吗?

楼主: gamer   2014-04-26 23:56:50
※ 引述《candy88257 (阿泰斯)》之铭言:
: 要找频率在1MHz附近共100个特征频率
: 于是先用网格A,跑出一组特征频率后(共100个)
: 再把网格弄细一点,变成网格B,并跑出一组特征频率(共100个)
: 一直重复网格C、网格D......
: 直到最后两个网格跑出来的两组特征频率里,每个特征频率误差都在许可范围内,就代表
: 收敛了
: 例:
: 网格H 特征频率: 0.51、0.71、0.91、1、1.01、1.21 MHz
: 网格I 特征频率: 0.5、0.7、0.9、1.01、1.011、1.2 MHz
: 两组特征频率的误差(上减下): 0.01、0.01、0.01、-0.01、-0.001、0.01 MHz
: 有人会这样做收敛分析吗?
  把两篇文章的问题一起回,我尽可能回得易懂一点,如果
还有问题那可以再问。
  Q1.自由度多寡和物理量有没有关系?
A1.先解释一下什么是自由度,自由度代表节点本身未受拘
束的物理量,以solid element来说,他本身的string
function的独立变量是位移,而3D空间中,一个节度在
完全无拘束的情况下应该会有6个自由度(u_x, u_y, u_z,
w_x, w_y, w_z),那如果是压电元素就会增加三个方向
电位差的自由度,所以压电元素的自由度比固体元素多
是正常的。
Q2.什么是元素的阶数(order of element)?
A2.FEM顾名思义就是用有限的元素去逼近真实的解,你可以
想像在x-y平面上有一条曲线,然后我要用有限的元素去
描绘它,假设我用十个元素来描绘,第一种情况是我在曲
线上画十个点,然后把十个点用直线连起来,由于此时每
个元素上的函数都是线性的,其x对y为一阶,因此我们称
它叫一阶元素,也叫线性元素。第二种情况,我不直接把
每个点连起来,我选其中三个点,然后画一条2阶曲线,
这样就叫做2阶元素,也叫做二次元素。以此类推,当我
用越高次数的曲线函数来模拟时,元素的阶数也就越高。
相对的,由于节点的数目变多,相同元素数量下,模型的
自由度也越高,计算所需的资源也就越大。
Q3.为什么要做收敛分析?什么时候才需要做收敛分析?
A3.前面我们提到有限元素和阶函数的概念,那我们再假想一
个例子,假设今天我要求解圆周率,所以我把圆切成20等
分,求得pi=3.128,但我担心不够精准,所以我再切的更
细,然后得出下面这张图的曲线。从图上可以看到大约在
60等分后,曲线变化的曲率开始趋缓,即使切成了100分,
求出来的解也只与60分的差了0.011%(与20分比则为0.394%)
这种情况我们就认为在60分就已经收敛,以工程上的需要
已经足够,不需要再切细到100分。这就叫做收敛分析(或
收敛测试)。http://tinyurl.com/lb5lzd9
那为什么要做收敛分析,切到100分不就好了。听起来很
好像没错,只要把网格切得有够细,解就一定会准。但实
际上不然,1.网格切得越细,求解所需的资源越多,如果
不需要这么高的精确度,这是种浪费。2.解可能不会收敛,
切的越细结果错的越离谱。因此,收敛分析对于FEA来说,
是满重要的基本动作,特别是在学术研究上,为了对自己
发表的成果负责,基本上只要是做FEA的都应该要做这件
事才是。
至于实务上该不该做?什么时候才该做?我个人认为几种
情况比较需要,1.定量分析:这个解的值我很在意,比如
说我必须很明确知道多少力量负载下,工件会降伏。反之
如果是定性分析,你只是要看趋势,那就比较没差,反正
这个值只是参考,精确度不重要。2.初次做的case或是
benchmark case,这种情况通常会考虑数种设变的状况,
但是设变的幅度通常不大,如果每一个case都做太累人,
但都不做,可能全部的case套用这样的参数做出来都是错
的,这样又太冒险,所以建议第一个case或比对用的case
还是做,确保后续的模拟都是正确的。
作者: candy88257 (阿泰斯)   2014-04-27 00:50:00
感谢!!! 所以说压电元件用六面体网格,网格数13万个,内存吃100GB是正常的喔? 因为每个网格元素都是正方体,且每个网格元素体积都相同,这几乎是完美网格,应该不可能说这样子网格,结果会没收敛到吃掉100GB的内存吧?我在上一篇给您的Comsol的存盘,有我网格的详细设定另外,一个x、y、z轴都垂直于每个面的长方体,它的阶数照您的说法,应该永远是一阶吧? 不管分成几个点,连起来都是同一条直线。在comsol里,唯一能设定阶数的地方,我测试了线性、二阶、三阶,其自由度都没变@@
作者: largesperm (reindeer)   2014-04-27 08:41:00
我查了一下 电脑要装到100GB 不是很容易我还是觉得不可能用到 100GB当你冲到 100GB 的时候 拍一下工作员管理或者你看电脑的系统资讯 如果本身就没装到 100GB那就不可能用到 100GB任何一种软件 应该都会有收敛的监控视窗把他打开就知道到底有没有收敛了网格数量没变 自由度一样很合理啊不是说看到唯一能设定阶数的 就是试着去设定他要开 help document 看他这个设定选项的定义学校通常是买正版的 大型软件有2个地方可以大方问直接把 model 寄给经销商或是原厂问他为何内存会占用到 100GB我还是一直很好奇 软件可以冲到 100GB
楼主: gamer   2014-04-27 11:51:00
你的档案我没办法开所以我不知道,但是我认为100GB不正常的至于解会不会收敛,非线性运算网格漂亮只是比较不容易发散不代表一定不会发散,甚至有的时间网格太密,反而更容易发散就像我讲的,你模型的解其实是发散的,你模拟的解越是逼近真实解,当然就更容易发散。
作者: candy88257 (阿泰斯)   2014-04-27 13:06:00
我先补上吃内存的图(管理员):http://ppt.cc/bS46另外,我网络上查了一下,Analysis跟Comsol吃内存的量是天朗之别...,不晓得您是用Analysis吗?上面那张图,网格数约13万都是长宽高1:1:1的正方体网格,且每个体积都相等。
作者: largesperm (reindeer)   2014-04-27 13:44:00
你们电脑真棒 16核心+破百内存 长知识了CAE 背后求解的原理不会差太多 都是解方程13万的网格数不会特别多 应该很多板友都有做过这样的网格数 所以这样的情况下 找原厂发 ticket 会比较适合
作者: candy88257 (阿泰斯)   2014-04-27 14:52:00
重点不是"13万",而是"立方体"网格,13万个四面体网格跟13万个六面体网格,四面体网格的内存使用量远比六面体来的少。而且是少很多! 四面体网格,网格数40万,跟六面体网格,网格数13万,使用的内存量大约相同。
楼主: gamer   2014-04-27 23:22:00
那是因为线性四面体元素的节点数只有4个,只有线性六面体网元素的一半,所以劲度矩阵大小也只有一半。换句话说,理想状态下,四面体元素要两倍六面体元素的数量其节点数才会一样多。
作者: fgj (们的)   2014-04-28 00:06:00
关于Q3第3段之 "定性" 分析 : 如何100%确定差异非来自于收敛?比方说当同模组 改个长度 也确定网格不相同 结果A"大" B "2%"
楼主: gamer   2014-04-28 00:08:00
你说的没错,即便是趋势分析,也有可能因为解尚未收敛而出现同趋势是表现(也许正好在反曲点的两侧)。理想上当然最好是每个case都做收敛测试,才能确保模型无问题。但是工程上有时仅是需要一个快速可供参考之结果。这个时候,可以透过经验及其他方式去辩别此解是否合乎趋势或有发散之情况。当然,这不是最安全的做法,只是方便行事。
作者: fgj (们的)   2014-04-28 00:19:00
其实所谓方便与快速 当后面的生产制造测试QC完全按照分析结果应是不容许存在这不该存在的变因 1旦有错所花的金钱与时间更多如果按照经验与学理只看趋势 那应也不用分析 我想透过分析并且加上学理去推测"趋势"合理? 更进一步用公式推导"程度%"合理?来避免思考上的盲点 并琢磨整个现象
楼主: gamer   2014-04-28 00:30:00
实务上很多时候其实没有那么多时间去把分析做的"完美",然后
作者: fgj (们的)   2014-04-28 00:31:00
仅提出此点希望分析人员不仅只采结果 若学理,误差% 掌握更好!
楼主: gamer   2014-04-28 00:31:00
才用这个结果去生产制造。但有的状况其实用力学知识是不足以判断下的对策与结果之间的关系到底为如何,举例来说,今天一个形状较为复杂的工件产生断裂,要在那边加肋补强才会有效这样的问题按照经验或自身学理去判断其实常常是错的,透过FEM是一个比较快速正确的做法,但假如此工件已经投产,产线又怎么可能等你花一个星期做为收敛测试才去设变?像这种情况,通常就是将对策的几个CASE一并去做,然后比对
作者: fgj (们的)   2014-04-28 00:36:00
我想重点不在完美 而是在掌握误差% 如果2%是很大的改善 但却提
楼主: gamer   2014-04-28 00:37:00
设变前的状况,然后顶多是各CASE网格加密多做一两个CASE确定趋势,就提出去设变了。
作者: fgj (们的)   2014-04-28 00:42:00
不出 软件本身"相对误差%" 时间应是整体时间/比起1个礼拜你也提到各CASE加密一点测,所为何?正确的分析才能节省开发时间否则 光"单物理量"不稳固 不断实验 收敛可在产品可能几何内做!
楼主: gamer   2014-04-28 22:56:00
看case的状况,一个星期对于已经投产的东西来说,其实是非常长的,生产线停线一星期需要调度的变动不算是小事。至于所谓的加密一点,也是辩识模型收敛状况的一种做法,只是不像收敛性测试要求那样的严谨,我不知道你认为收敛测试要做到什么程度,不过我以前在学校是要求做到误差0.1%以下,有的时候要加密到非常密才有办法,计算一个case的时间就需要一天开发设计阶段或许有可能这样做,但是已经进入生产阶段的,就我所知不太可能给你这么多时间对应。
作者: fgj (们的)   2014-04-28 23:06:00
完美/=/掌握 好比我拿2把尺来度量10种工件在制造生产测试当这2把尺"相对误差"4% 而这10样由这"2把尺" 所测差异1~6%只能说4%~6%略可信 更何况若连这2把尺相对误差?%未知 岂无风险根据经验常仓促试作不停实验从来 岂不更浪费时间与金钱?个人认为若真是急到1周要作出 那就请制造根据自己的"经验"先作在改吧~应该有更有价值的东西需要分析 而不是在分析很快能作出且网格测试应是在设计阶段考量几何可能范围早已完成的基本工简单来说: 用精度误差1%的仪器 量2个模组物理量差0.5% 可信否?任何仪器或产品商也通常会标示其"相对精度能力"给使用者参考
楼主: gamer   2014-04-28 23:46:00
简单的说,实务上不会每个东西都去做模拟,没那么多美国时间通常是遇到问题或是预期会有问题才会做。然后,请制造单位修改更是不恰当的行为,生产SOP制造单位必需依据设计单位的图面实施,如果制造想改就改,那出了问题到底是设计单位负责?还是制造单位负责?最后,既然是定性分析,1%~2%的误差根本不重要,就算20%也无所谓,重点是趋势是否正确,有没有帮助。
作者: fgj (们的)   2014-04-28 23:51:00
既然是设计单位该负责 那是否设计单位确定"方案正确" 在提出更为适当? 否则不断试误的"所有相关单位"时间金钱成本 又算在??%的误差不重要? 10组迥异的模组趋势改善%差异决定采用不重要?当1个分析人员 连误差%都无法掌握 不只蒙外行人 更是舍去根本在说如果只是看"趋势" 来附和"既有想法" 那也不需要浪费时间分析了 因为对只看结果的人来说 不是大 就是小 总有50%赌对
楼主: gamer   2014-04-29 00:08:00
就我自己实务上的经验,算出来的东西和实验做出来,差个10几20%是常见的事,你认为模型求出来的值差2%很重要我没意见。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:10:00
我1直在强调"相对误差" 当你的仪器本身相对误差10% 要如何来证明 你所两A>B 5% 是正确的? 重点是在于掌握% 而非一昧要细!
楼主: gamer   2014-04-29 00:11:00
至于只看趋势你认为是射箭画圆,我个人不置可否,不过在没办法有更好结果的情况,至少聊胜于无。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:12:00
有作分析的人应该知道 调粗2倍时间大大降低 既然如此 掌握与
楼主: gamer   2014-04-29 00:12:00
我说过不见得需要收敛测试也可以在某种程度上确认相对误差
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:13:00
不知网格的误差% 何者才是真正的朝改善产品的性能 ,时间成本?
楼主: gamer   2014-04-29 00:13:00
在几何与边界条件相似的状况下,以相近比例及数量的网格计算出来的结果,在解不发散的状况下,两者的精确度不会相差太远换句话说,假如A case的+10%误差,B case也不太可能会是+5%甚至-5%,这种error level。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:17:00
不会太远?那是几%? 如果看定性不需要测网格 不妨改成10个网格测10个模组在来看看所谓的趋势!掌握收敛误差%应是分析教学入门
楼主: gamer   2014-04-29 00:20:00
这是入门我知道,不需要你特别强调,不然我也不用特别回这篇文章来说明了....
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:21:00
并非要细 而是要掌握! 否则还要看仪器何时会AB误差-5%~5%吗?
楼主: gamer   2014-04-29 00:22:00
至于网格数,以现在的计算机和软件,一定程度切细在计算时间上不会有太明显的差距,而软件也多半有mesh criteria及
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:23:00
关于Q3第3段之 "定性" 分析 : 如何100%确定差异非来自于收敛?
楼主: gamer   2014-04-29 00:23:00
stress error可供参考。并不是那么样的“未知”。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:24:00
所以我重复上段1开始的问题 应尽可能把风险降低 而不是靠可能
楼主: gamer   2014-04-29 00:27:00
是应尽可能没错啊,但不代表一定得做收敛测试才可信啊。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:28:00
软件所提供的误差应是比较倾向绝对值 但人工测网格收敛相对值
楼主: gamer   2014-04-29 00:28:00
今天我已经是fine mesh加上good elements quality
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:29:00
我强调"掌握"与"未知" 在可能的几何范围内测出"相对误差%"
楼主: gamer   2014-04-29 00:30:00
stress error也在6个order以下时,我有一定基楚去相信这个解是可信的。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:32:00
前面我有说:不妨改成10个网格 测所谓的趋势看看! 如果完全相信
楼主: gamer   2014-04-29 00:33:00
如果10个网格满足上面的条件,比如说beam problem,那我也是信啊。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:34:00
当今电脑切够细且快 差别只在于可能几何内多做几点收敛测试所以用很多"可能"和"如果" 来避开这并非不可解的问题?
楼主: gamer   2014-04-29 00:37:00
我必须说,实务上很多case是没办法收敛到1%以下特别是考虑到contact condition的时候。过密的网格下场是根本解不出来。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:39:00
就算在可能几何内 只测"3点"误差% 也足以证明>?%差异100%非来
楼主: gamer   2014-04-29 00:40:00
多加密几次,这我也说过了吧。所以我说了,有其他方式可以处理,不一定要收敛测试啊。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:40:00
自于此误差 抑或是要留下所谓"可能"来做为设计之依据?其实你一开始切的网格今PC应已收敛 你作的加密也是在做收敛但确实求得产品可能几何内收敛?% 对产品助益 也不会误导初学者否则任何人网格切10格跑很快 做出趋势就用 跟赌大小有何分别?收敛定义非细0.001%, 而是测出其?% 来决定几何/结构设计可信度
楼主: gamer   2014-04-29 00:50:00
我只说不一定得做收敛测试,我可没提出你说的那种建议来教别人。
作者: fgj (们的)   2014-04-29 00:52:00
就跟拿精度10%仪器 可量A>B 20% , 但可以/或不能量C>D 5%"趋势不1定得作收敛测试又何必加密? 你在"定性"那段话不妨在看看当2目标物"趋势%" 已落在 仪器 "误差%" 内 如何采信?更何况是买一台没标示"相对误差%"的仪器来测量产品的"趋势"?
作者: largesperm (reindeer)   2014-04-29 07:52:00
安全系数抓大一点不就好了吗如果一台工具机的每一颗螺丝都要分析那怎么做啊这样已经有点吹毛求疵了真的要吹毛求疵 重力 湿度 粉尘 静电 光源都要下去算啊所以最快的方式就是知道趋势 安全系数抓大一点真的怕就做局部实验今天就算你 CAE 很有自信算出来跟真实只差 0.001%你敢签名说只差 0.001% 否则砍头 吗CAE 只是一个工具
作者: fgj (们的)   2014-04-29 15:43:00
到底哪里提到收敛要做到0.001%? 从头到尾我都在强调你要比20%的趋势差异, 你可以说你不care"2%" 的差异,但前提是你确知这2%!! 而不是用"?" 作出所有趋势%来附和想法! 我提是"相对值", 并非提绝对值 看清楚!再说你拿台"相对精度"10%的仪器 来量10个模组差异1~50%的改善难不成要完全相信10%以下结果? 甚至连仪器能力未知就拿来测!
楼主: gamer   2014-04-29 22:32:00
我想我们对于收敛测试的定义有很大的歧见,我所认知的收敛测试是很严谨的。一般来说与benchmark值相比,至少要低于1%的的error,这样的网格才可以被称作是收敛。不是单纯加密网格看到有收敛驱势就叫收敛测试,一般来说,收敛测试通常会需要在欲观察处加密数次才有办法达成。而在相对复杂的问题上,很多时候甚至根本没办法做到收敛的标准。
作者: fgj (们的)   2014-04-30 07:15:00
所以你们一直把问题导向到收敛的标准是要很细很细 以本题为例网格I和H(应该至少要在一点)差0.01/5 = 2% 假设这3点已经涵盖产品几何变更内可能的网格尺寸 那做出的"单目标物理量" 最大网格造成"结果相对误差" 也不过就2%!! 掌握这2% 再来说 A>B 5%的"趋势"是正确的! 重点是你是否知道你的网格误差几%!而非细!一条网格收敛曲线 无论你怎么去撷取末段 再放大 他还是曲线只是刻度可能从误差10%.5%.1%.0.1%...但你在需要及PC能力%数同时确定这是产品几何变更内的网格变更 那们这"相对误差%"可以最大的也不过这?% , 大于这?%的怎会是网格造成的?至于要和"真实绝对值"比较有欠客观 因绝对误差不单来自于网格从头到尾我强调要掌握这[工具机]的[可量范围]内的[相对误差]值否则你去画AB待测物的 常态分布图 若有重叠 不可信A>B 更何况连仪器"相对误差"造成的%重叠区皆未知就拿来用? 还是确定能力仪器?%再拿来比较"趋势" 较为客观!!!???
楼主: gamer   2014-04-30 20:33:00
所以说是定义问题嘛...
作者: fgj (们的)   2014-04-30 23:17:00
定义问题? 第1行我就问"如何100%确定差异非来自于收敛?"你回:解尚未收敛而出现 同趋势是表现 --> 也就是说趋势差异可能/或不是来自于网格 这样就够了 扯到时间? 扯到"绝对值"?还有人扯到其他物理量? 就本题讨论的"网格"先站稳再说!!否则 你量A300<B360 然后A330>B324 就判定A<B或A>B 的"趋势"对
楼主: gamer   2014-05-01 00:53:00
抱歉我实在看不懂你在讲什么...我从来没说过不需要考虑网格与误差的关系这样的话,我只说不见得需要做收敛测试,而就我的定义,你讲的这些东西不叫做收敛测试,就这样,其他的我实在不知道你是要质疑我什么。
作者: fgj (们的)   2014-05-14 05:57:00
一台没经过校准确定相对精度的仪器量测任何趋势是没有意义的就这么简单 收敛测试做到几何可能改变的网格内造成目标误差2%也叫做收敛测试 收敛曲线撷取一段 如果4% 也就只会造成4%误差我质疑你都不知道你要拿来量的"尺规相对精度" 就要看趋势?趋势是从值来的 值本身"网格相对误差" 测3点也测得出来10万的网格也不会差到哪里去 只是误差要知道多少% 否则一个RD拿一个仪器量趋势 仪器本身相对精度%都不知道 这样当RD?当调几何(1,2,3...6)如目标值趋势4% 但网格于此几何误差4%这样的结果参考性质低 因无法100%确定此方向4%非网格造成更何况仪器的误差多少都不知道? 当然有其他方式如网格控制但也不如实测网格相对精度来的根本收敛测试通常由粗做到细 要做到相对误差0.1% 也必须从10%.8%..从大做到小相对误差 然后视改善需求经度%以及电脑时间衡量停止在测试由大到小网格收敛度的过程 然后把所需精度网格(如4%)撷取并控制网格 这不叫收敛测试?叫什么? 以实务产品开发也实用而不是要与"绝对值"比差到0.0000001%才叫做收敛测试
作者: s1000 (s1000)   2014-06-03 01:35:00

Links booklink

Contact Us: admin [ a t ] ucptt.com