=Paper=
{{Paper
|id=Vol-1482/623
|storemode=property
|title=Эффективность распараллеливания модели протеза сустава в инженерных пакетах
(Parallelization efficiency of model of joint implant with finite element software)
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-1482/623.pdf
|volume=Vol-1482
}}
==Эффективность распараллеливания модели протеза сустава в инженерных пакетах
(Parallelization efficiency of model of joint implant with finite element software)==
https://ceur-ws.org/Vol-1482/623.pdf
Суперкомпьютерные дни в России 2015 // Russian Supercomputing Days 2015 // RussianSCDays.org
Эффективность распараллеливания модели протеза сустава
в инженерных пакетах
Р.И. Гарипов, П.Ю. Максимова, А.М. Ямилева, А.А. Гайнетдинова
Уфимский государственный авиационный технический университет
Моделирование протезирования суставов является перспективной
отраслью, так как позволяет исследовать влияние формы протеза и кости
на напряженно-деформированное состояние костной ткани. Вследствие
сложной формы кости и наличия большого числа контактов расчеты
оказываются ресурсоемкими и требуют применения
суперкомпьютерных технологий уже на этапе упрощенных моделей.
В данной работе проводится исследование эффективности
распараллеливания расчетов при моделировании нагрузки на эндопротез
тазобедренного сустава в инженерных пакетах SIMULIA Abaqus 6.14
(далее Abaqus) и ANSYS Mechanical 15 (далее ANSYS). В модели была
использована нерегулярная тетраэдральная сетка со средним числом
узлов от 20000 до 100000 (Рис. 1, случай 40 000 узлов).
На начальных этапах были произведены расчеты ускорения и Рис. 1. Модель протеза
эффективности. На Рис. 2 представлены результаты расчетов в виде
графиков зависимости от количества используемых ядер при разном количестве узлов в сетке
модели. Для выполнения работы была использована рабочая станция с процессором Intel Xeon
CPU E5 1650 и ОЗУ 64 Гб DDR 3 1600 MHz.
5 1,4
ANSYS - 20000 узлов
1,2
4 Abaqus - 20000 узлов
1 ANSYS - 40000 узлов
Эффективность
Ускорение
3 Abaqus - 40000 узлов
0,8
ANSYS - 60000 узлов
2 0,6 Abaqus - 60000 узлов
ANSYS - 80000 узлов
0,4
Abaqus - 80000 узлов
1
0,2 ANSYS - 100000 узлов
Abaqus - 100000 узлов
0 0
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
Число ядер Число ядер
Рис. 2. Зависимости ускорения (слева) и эффективности (справа) от количества ядер
относительно расчета в ANSYS на одном ядре
В большинстве случаев ANSYS показывает лучшее ускорение, но наблюдается
нестабильность результатов в зависимости от объема задачи. Зависимость ускорения от числа
ядер в случае Abaqus почти линейна при любом размере сетки. С увеличением размерности
задачи ускорение в Abaqus падает, тогда как для ANSYS четкой тенденции не прослеживается.
Эффективность распараллеливания с увеличением количества ядер при дроблении шага
сетки меняется аналогичным образом. График зависимости в Abaqus близок к линейному,
а в ANSYS в большинстве случаев происходит резкий спад при использовании более 2 ядер.
Появление в случае ANSYS значения эффективности выше 1 может быть вызвано
особенностями модели и требует более подробного изучения.
Таким образом, при выполнении задач малой размерности для Abaqus целесообразно
выполнять расчеты на максимальном количестве ядер, а для ANSYS эффективнее запускать
параллельно несколько задач, используя 1-2 ядра для каждой.
623
Суперкомпьютерные дни в России 2015 // Russian Supercomputing Days 2015 // RussianSCDays.org
В дальнейшем планируется усложнение модели и, в частности, геометрии и запуск
расчетов на суперкомпьютере УГАТУ.
624
Суперкомпьютерные дни в России 2015 // Russian Supercomputing Days 2015 // RussianSCDays.org
Parallelization efficiency of model of joint implant with finite
element software
Razim Garipov, Polina Maximova, Aliya Gainetdinova and Alfiya Yamileva
Keywords: Joint implant, finite element analysis, ANSYS, Abaqus
Joint implants simulation allows investigating the effect of implant's and bone's shape on
stress-strain state of bony tissue. A simulation is resource-intensive due to the complex
geometry and the large number of contacts in model. So it requires using supercomputer
technologies actually on simplified simulation. A parallelization study with different software
of finite element analysis is necessary for obtaining of resource efficient computer model.
Comparison of computation results which obtained with Simulia/Abaqus and ANSYS
Mechanical was performed.