Ansys - RRZN
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Leibniz Universität IT Services (LUIS)<br />
Service: Scientific Computing<br />
<strong>Ansys</strong><br />
Hinweise zur Nutzung auf dem Clustersystem<br />
ANSYS ist ein leistungsfähiges Finite-Elemente-Programmpaket zur Modellierung gekoppelter physikalischer<br />
Probleme. Es bietet Möglichkeiten für strukturmechanische, thermische, akustische und elektromagnetische<br />
Simulationen.<br />
Betreuer: Gerd Brand<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Allgemeines 2<br />
2 Funktionalität 2<br />
3 Installation auf dem Clustersystem 3<br />
4 Benutzung auf dem Clustersystem 3<br />
4.1 Interaktive Nutzung von ANSYS mit der GUI-Version . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />
4.2 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />
4.2.1 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im seriellen Modus . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
4.2.2 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im Shared Memory Modus . . . . . . . . . . . 6<br />
4.2.3 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im Distributed Memory Modus . . . . . . . . 6<br />
4.2.4 Warten bei Lizenzengpässen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
5 Dokumentation und Beispiele 7<br />
Version: 1.0 (2013-10-14) sc_ansys.pdf (1)
1 Allgemeines<br />
Die Programmentwicklung und der Vertrieb von ANSYS erfolgt über ANSYS Inc., USA (siehe die Webseite<br />
http://www.ansys.com) bzw. über die deutsche Niederlassung ANSYS Germany (siehe die Webseite<br />
http://www.cfx-germany.com). Desweiteren wird ANSYS in Deutschland (und einigen weiteren Ländern)<br />
auch von der CAD-FEM Gmbh (siehe die Webseite http://www.cadfem.de) vertrieben.<br />
Hinweis:<br />
Diese Dokumentation beschreibt die Besonderheiten der Installation und der Verwendung von ANSYS auf<br />
dem Clustersystem. Die Nutzung von ANSYS auf dem HLRN-Rechner wird dagegen auf den Webseiten des<br />
HLRN beschrieben (siehe http://www.hlrn.de). Für eine ausführlichere Einführung in ANSYS sei auf die<br />
Web-Seite von ANSYS Inc. verwiesen.<br />
2 Funktionalität<br />
ANSYS bietet umfangreiche physikalische Modelle für<br />
• Struktur Mechanik<br />
– lineare Analysen<br />
– geometrische Nichtlinearitäten<br />
– nichtlineare Materialgesetze<br />
– Kontaktanalysen<br />
– statisch oder transient<br />
– Topologie Optimierung<br />
• Thermische Analyse<br />
– Wärmeleitung<br />
– Konvektion<br />
– Strahlung<br />
– Phasen Übergang via Enthalpie<br />
• Elektrostatik<br />
• Magnetostatik<br />
– 2-d magnetische Vektor Potential Formulierung<br />
– 3-d Kanten Element Formulierung<br />
– 3-d Vektor Potential und skalare Element Formulierung<br />
• Nieder-Frequenz Elektromagnetik<br />
• Hoch-Frequenz Elektromagnetik (Full Wave)<br />
• Akustik<br />
• Multi-field Solver<br />
– sequentiell gekoppelte Simulationen<br />
– auch viele direkt gekoppelte Simulationen<br />
Version: 1.0 (2013-10-14) sc_ansys.pdf (2)
ANSYS basiert auf modernster Solvertechnologie in Verbindung mit exzellentem Pre- und Postprozessing.<br />
Die modular aufgebaute Software vereint die Vorteile von strukturierten und unstrukturierten Rechengittern<br />
und zeichnet sich durch exakte physikalische Modelle, ein robustes Lösungsverfahren und effiziente<br />
Parallelverarbeitung aus. Die automatische Gittergenerierung und die optimale Anbindung an alle gängigen<br />
CAD-Systeme erlauben eine einfache Handhabung von komplexen Geometrien.<br />
Eine ausführliche Beschreibung der Modellierungsfähigkeiten und eine Anzahl von Tutorialbeispielen kann<br />
man in der Online Dokumentation finden (siehe Dokumentation und Beispiele). Für weitere Informationen<br />
über die Merkmale des Paketes und über Beispiele aus der Industrie siehe die Web-Seite von ANSYS Inc.<br />
(siehe oben).<br />
ANSYS enthält als integriertes Paket neben dem Löser einen Prä- und Postprozessor sowie Schnittstellen<br />
zu externen Prä- und Postprozessoren und CAD-Programmen.<br />
3 Installation auf dem Clustersystem<br />
Die derzeit auf de Clustersystem installierten ANSYS Versionen sind:<br />
• ANSYS 11.0, 12.0, 12.1, 13.0 (default), 14.0 und 14.5<br />
ANSYS auf dem Clustersystem ist ein 64-Bit Programm.<br />
Die aktuelle Lizenz beinhaltet: mehrere gleichzeitige Nutzer plus maximal 96 parallele Prozesse (insgesamt).<br />
Die einzelnen Softwarepakete auf dem Clustersystem werden über sogenannte Module benutzbar gemacht.<br />
Mit dem module-Befehl werden Umgebungen für spezifische Softwarepakete eingerichtet oder auch<br />
wieder entfernt. Eine Übersicht ergibt das Kommando module avail. Für mehr Informationen über das<br />
Modul-Konzept auf dem Cluster sei auf die Modules-Dokumentation verwiesen.<br />
Das Paket ANSYS 13.0 (Default Version) steht daher nach dem Kommando<br />
module load ansys<br />
zur Benutzung zur Verfügung.<br />
Wenn Sie planen, ANSYS regelmäßig zu nutzen, sollten Sie die Zeile module load ansys zu Ihrem<br />
Benutzerprofil (.profile, .bashrc oder .kshrc) hinzufügen.<br />
4 Benutzung auf dem Clustersystem<br />
Vor der ersten Benutzung: Lizenzen konfigurieren<br />
Sie müssen vor der ersten Benutzung von ANSYS (Version 12.0 und höhere) folgende (einmalige!) Aktion<br />
durchführen:<br />
Rufen Sie die ANSLIC_ADMIN Utility auf (dazu muss X11-Ausgabe möglich sein):<br />
/sw/aws/eng/ansys_inc/shared_files/licensing/lic_admin/anslic_admin<br />
oder:<br />
$ module load ansys<br />
$ anslic_admin<br />
dann SSet License Preferences for User änklicken. Anschließend bewegen Sie bitte den<br />
Eintrag ÄNSYS Academic Researchïn der Liste ganz nach oben, indem Sie auf diesen Eintrag klicken und<br />
Version: 1.0 (2013-10-14) sc_ansys.pdf (3)
ihn mit dem "Move upButton schrittweise nach oben schieben. Wenn Sie außer ANSYS auch ANSYS CFD<br />
einsetzen, bewegen Sie bitte den Eintrag ÄNSYS Academic Research CFDïn der Liste ganz nach oben.<br />
Diese sogenannte Client Konfiguration müssen Sie für jede Version von ANSYS einmal durchführen. Sie<br />
bezieht sich auf alle ANSYS Produkte (also auch auf ANSYS CFX und ANSYS Fluent).<br />
Ihre Preferences für Version 13.0 werden in der Datei $HOME/.ansys/v130/licensing/license.preferences.xml<br />
gespeichert.<br />
Bitte rechnen Sie kleine Modelle (
1. Bereiten Sie ein PBS-Batchskript vor, das PBS-Direktivens und den Aufruf des ANSYS-Programms<br />
enthält. Am Anfang muss die Umgebung wiederum durch module load ansys gesetzt werden.<br />
2. Schicken Sie von einem der Login-Knoten aus das Batchskript (z.B. namens jobscript) ab:<br />
$ qsub jobscript<br />
3. Eine Statusabfrage für diesen Job und andere ist möglich mit dem Kommando:<br />
$ qstat -a<br />
Für weitere Informationen über nützliche PBS-Kommandos und Einstellungen sei auf die Webseite von<br />
Torque/PBS verwiesen.<br />
Der serielle Modus kann für mittelgroße Beispiele oder Testfälle verwendet werden. Punkt 4.2.1 zeigt ein<br />
Beispiel für ein entsprechendes Batchskript. Bei größeren Testfällen ist dagegen das Rechnen im parallelen<br />
Modus (d.h. auf mehreren Prozessoren gleichzeitig) besser geeignet, um schneller ein Ergebnis zu erhalten.<br />
Die Berechnungszeit verkürzt sich dabei im Idealfall proportional zur Anzahl der beteiligten Prozessoren.<br />
ANSYS stellt zwei parallele Modi bereit: Shared Memory parallel und Distributed Memory parallel<br />
Im Shared Memory Modus erfolgt die Parallelisierung durch Erzeugung paralleler Threads. Für diese wird<br />
gemeinsam adressierbarer Speicher benötigt. Aus diesem Grund können solche Rechnungen nur auf einem<br />
Knoten laufen. Welche Ressourcen pro Knoten auf dem Clustersystem zur Verfügung stehen, finden Sie<br />
unter Rechnerressourcen.<br />
Für die parallele Berechnung im sogenannten Distributed Modus erzeugt ANSYS automatisch eine Gebietszerlegung,<br />
wobei die Anzahl der Teilgebiete gleich der Anzahl der parallelen Prozesse ist und jeder<br />
Prozess dann nur noch auf einem Teilgebiet rechnet und mit den anderen Prozessen benötigte Daten<br />
austauscht. Dabei ist zu beachten, dass diese Teilgebiete nicht zu klein gewählt werden, da sonst die<br />
erwartete Verkürzung der Berechnungszeit im parallelen Modus nicht erreicht wird. Als Empfehlung wird<br />
gegeben: Die Teilgebiete sollten für das parallele Rechnen jeweils pro Prozess minimal 50.000 Elemente<br />
enthalten. Punkt 4.2.3 beschreibt das Rechnen mit ANSYS im Distributed Mode.<br />
Lesen Sie bitte in der Online Dokumentation nach, welche parallelen Modi für Ihre Aufgabenstellung zur<br />
Verfügung stehen:<br />
Advanced Analysis Techniques Guide: Chapter 15. Using Shared-Memory ANSYS<br />
Distributed ANSYS Guide<br />
4.2.1 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im seriellen Modus<br />
Bereiten Sie ein Batchskript vor, das vom Login-Knoten aus mit dem Kommando qsub abgeschickt wird.<br />
Beispiel für ein Batchskript, wenn ANSYS seriell auf einem Knoten laufen soll:<br />
#!/bin/bash -login<br />
#PBS -N testcase.serial<br />
#PBS -M ich@meine.mail.adresse<br />
#PBS -m ae<br />
#PBS -j oe<br />
#PBS -l nodes=1:ppn=1<br />
#PBS -l mem=4gb<br />
#PBS -l walltime=00:20:00<br />
# Change working directory<br />
cd $PBS_O_WORKDIR<br />
# Load module<br />
module load ansys<br />
Version: 1.0 (2013-10-14) sc_ansys.pdf (5)
# Start program for serial run<br />
# (assuming that an input file testcase.dat has been created before):<br />
ansys130 -i testcase.dat -o serial.out<br />
Die Optionen, die beim ansys130-Aufruf angegeben werden können, können Sie in der Online-Dokumentation<br />
nachlesen.<br />
4.2.2 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im Shared Memory Modus<br />
Hier wird beschrieben, wie ANSYS im parallelen Modus mit gemeinsam adressierbarem Speicher auf einem<br />
Rechenknoten (nodes=1) innerhalb eines Batch-Jobs aufgerufen werden kann.<br />
Beispiel für ein Batchskript:<br />
#!/bin/bash -login<br />
#PBS -N testcase.shared<br />
#PBS -M ich@meine.mail.adresse<br />
#PBS -m ae<br />
#PBS -j oe<br />
#PBS -l nodes=1:ppn=4<br />
#PBS -l mem=4gb<br />
#PBS -l walltime=00:10:00<br />
# Provide ANSYS through modules call:<br />
module load ansys<br />
# Change to work dir:<br />
cd $PBS_O_WORKDIR<br />
# Calculate number of threads for shared memory computation<br />
nthr=$(cat $PBS_NODEFILE | wc -l)<br />
echo "nthreads = "$nthr<br />
# start program for shared memory run<br />
ansys130 -b -np $nthr -i testcase.dat -o shared.out<br />
4.2.3 Aufruf von ANSYS im Batchbetrieb im Distributed Memory Modus<br />
Hier wird beschrieben, wie ANSYS im parallelen Modus auf mehreren Knoten mit verteiltem Speicher<br />
innerhalb eines Batch-Jobs aufgerufen werden kann.<br />
Beispiel für ein Batchskript:<br />
#!/bin/bash -login<br />
#PBS -N testcase.distr<br />
#PBS -M ich@meine.mail.adresse<br />
#PBS -m ae<br />
#PBS -j oe<br />
#PBS -l nodes=2:ppn=4<br />
#PBS -l mem=4gb<br />
#PBS -l walltime=00:10:00<br />
# Provide ANSYS through modules call:<br />
module load ansys<br />
# Change to work dir:<br />
cd $PBS_O_WORKDIR<br />
ulimit -s 300000<br />
# This is for creating the correct HOST string<br />
create_ansys_machine_file machines<br />
read HOST < machines<br />
echo $HOST<br />
Version: 1.0 (2013-10-14) sc_ansys.pdf (6)
# start program for distributed memory run<br />
ansys130 -b -dis -machines $HOST -mpi hpmpi -i testcase.dat -o distr.out<br />
4.2.4 Warten bei Lizenzengpässen<br />
Die Anzahl an <strong>Ansys</strong>-Lizenzen ist begrenzt, insbesondere für HPC-Lizenzen. Deshalb kann es sein, dass<br />
die Anzahl an Lizenzen zum Job-Anlaufzeitpunkt nicht ausreichend sind. Um auf Lizenzen zu warten<br />
nachdem der Job angelaufen hat und daher unnötige Jobabbrüche zu vermeiden, kann man die ANSWAIT<br />
Umgebungsvariable setzen. Zum Beispiel, bevor der eigentliche <strong>Ansys</strong>-Aufruf verwendet wird schreibt<br />
man im Batchskript:<br />
export ANSWAIT=1<br />
5 Dokumentation und Beispiele<br />
Die ANSYS Online-Dokumentation lässt sich nach module load ansys direkt aufrufen:<br />
$ anshelp130<br />
Beispieldateien aus dem Verification Manual findet man auf den Login-Knoten im Verzeichnis:<br />
/sw/aws/eng/ansys_inc/v130/ansys/data/verif<br />
Version: 1.0 (2013-10-14) sc_ansys.pdf (7)
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