大規模な業界規模の音響問題をモデル化する場合, 手元にあるハードウェアで効率的に求解することが難しい場合があります. これは, メッシュを最適化し, 対称性を利用し, その他のモデリングトリックを実行した後でも発生する可能性があります. 重要な, そして時には見落とされる手法の1つは, 自動的に生成された反復ソルバー推奨設定を使用することです. これらの推奨は, 多くの場合, デフォルトのソルバーよりもメモリ効率が高く, さらに高速です. ここでは, ソルバー推奨設定の使用方法と, 音響モデルでのソルバー推奨設定の動作について説明します.
ソルバー推奨設定
COMSOL Multiphysics® ソフトウェアのアドオンである音響モジュールのフィジックス特性を使用してモデルを設定および求解する場合, いわゆるソルバー推奨設定が生成されます. これらは, 選択した単一フィジックス特性またはマルチフィジックス特性モデリングシナリオに適用できるように必要なすべての設定を行った定義済みソルバー (通常は反復ソルバー) です.
ほとんどのフィジックスインターフェースで使用されるデフォルトのソルバーは直接ソルバーです. これは, マシンで使用可能なメモリに収まるすべての中規模問題に対して効率的で堅牢です. ただし, モデルが大きくなると, メモリが不足する可能性があります. このような場合, 推奨されたソルバーの1つが役立つ場合があります.
通常, 音響モデルの周波数を上げ, それに応じてメッシュを改良する必要がある場合は, ソルバー推奨設定の1つが必要になります. これは, 損失をより詳細にモデル化するために, 特定の狭い音響領域に熱粘性音響などのより詳細なモデルを使用することにした場合にも発生します.
モデルビルダーでのソルバー推奨設定の表示例.
ソルバー推奨設定を選択して有効にするにはどうすればいいのでしょうか. 重要な手順がいくつかあります:
- 対象のスタディを右クリックして, 既定のソルバーを表示を選択します
- ソルバー構成と定常ソルバーノードを展開します (非定常モデルの場合は, 時間依存ソルバーノードになります)
- ここで, 使用中のソルバーが表示されます (有効になっており, 通常は推奨直接ソルバー (タグ) と呼ばれます)
- 無効になっている推奨反復ソルバー (説明) (タグ) も表示されます (複数ある場合があります)
- 反復ソルバーを有効にするには, 右クリックして有効を選択します (または F4 キーを押します)
上記のリストで, タグはタグです (または省略名) は, ソルバー推奨設定を生成するフィジックスまたはマルチフィジックスカップリングのタグです. たとえば, 圧力音響には acpr というタグが付きます. 音響構造相互作用 (ASI) 問題を解く場合, タグは音響-構造境界カップリング機能からの asb1 になります.
タグは, モデルビルダーツリーのフィジックスまたはマルチフィジックスカップリングの横に表示されます. 推奨設定には, 使用されているソルバー設定の簡単な説明も含まれます. たとえば, GMRES と GMG の組み合わせ (上の画像を参照) は, (幾何学的) マルチグリッドプリコンディショナーを備えた GMRES 反復ソルバーを意味します. さまざまなソルバーの詳細については, Acoustic Modules User’s Guide の “Modeling with…” セクションを参照してください. このブログでは, すべてのソルバー推奨設定を詳しく説明するのではなく, 説明書を参照します.
デフォルトソルバーを表示コマンドを選択すると, モデル内のフィジックスインターフェースとマルチフィジックスカップリングが分析されます. ソルバー推奨設定はフィジックスインターフェースに基づいており, タグで示されるように, インターフェースごとに1つの推奨設定があります. マルチフィジックスカップリングが使用されている場合は, 代わりに結合された問題に対する推奨が生成されます (カップリング機能タグが表示されます). これは, モデルに変更を加えた場合 (追加のフィジックス特性を追加し, マルチフィジックスカップリングを使用して連成するなど), ソルバーを再生成する必要があることも意味します. この手順は重要であり, 解ノード (解1など) を右クリックしてソルバーを既定にリセットを選択することで最も効果的に実行できます. この時点で, 新しいスタディを設定して既定のソルバーを生成することもできます.
異なるフィジックス特性を手動で連成する場合や, 集中回路モデルと有限要素モデルを組み合わせる場合など, 特別な注意を払って手動設定を実行する必要がある特殊なケースがあります. トランスデューサーモデリングのチュートリアルモデルのいくつかでは, このやり方が使用されています:
フィジックスインターフェースが手動で連成されている場合, COMSOL® ソフトウェアはデフォルトで分離型ソルバーアプローチを使用します. この戦略は特定のケースでは機能しますが, モデルが強く結合されている場合は機能しません. この場合, 上記の3つの例で示したように, 完全連成ソルバーに切り替える必要があります.
集中レシーバーとフル振動音響カップリングモデルで拡張されたソルバー構成.
音響モジュールの推奨ソルバーの更新は, COMSOL Multiphysics® の新しいリリースごとに行われます. COMSOL Multiphysics® には, 該当する場合は最新のソルバー技術が組み込まれ, 単一フィジックスおよびマルチフィジックスの問題を分析する方法が改善されています. COMSOL® は, 推奨ソルバーを可能な限り堅牢かつ効率的にするよう努めています.
このブログは音響アプリケーション向けに書かれていますが, 構造力学, 熱伝達, CFD など, 他の物理領域でもソルバー推奨設定が生成されます.
ここで学んだ最も重要な教訓は, モデルに変更が加えられるたびに (物理を追加したり, 新しいカップリングを導入したりして), 通常はソルバーを更新または再生成する必要があるということです. 次のセクションでは, 音響アプリケーションでソルバー推奨設定が使用される2つのモデルの例を示します.
ソルバー推奨設定を使用する2つの音響モデル
最初の例では, 音響構造相互作用の問題である通気型エンクロージャーのラウドスピーカードライバーチュートリアルモデルについて説明します. 以下のビデオでは, このモデルに推奨された反復ソルバーを選択する方法を示します.
通気型エンクロージャーのラウドスピーカードライバーチュートリアルモデルで反復ソルバー推奨設定を有効化します.
デフォルトの直接ソルバーから推奨された反復ソルバーに切り替えると, どの程度の速度向上とメモリ節約が実現するでしょうか. もちろん, これは使用可能なハードウェアとモデルのサイズによって異なります. この例では, モデルは3年前のデスクトップで解かれ, 3.6 GHz (4コア) で動作する Intel Core™ i7-4790 CPU と 32 GB の RAM を搭載しています.
3500 Hz でスピーカーモデルを解くには (適切なメッシュを使用), 8 GB の RAM が必要で, デフォルトの直接ソルバーでは64秒かかります. 推奨された反復ソルバーを使用すると, 4.7 GB の RAM が必要で, 63秒かかります (3.8e5 DOF を解く場合). 周波数を 5000 Hz に上げると (モデルのメッシュパラメータ lambda_min を 343[m/s]/3500[Hz] から 343[m/s]/5000[Hz] に変更), デフォルトの直接ソルバーでは 18.8 GB の RAM が必要になり, 243秒かかります. 一方, 推奨される反復ソルバーを使用すると, 6.8 GB の RAM が必要になり, 87秒かかります (8.3e5 DOF を解く). したがって, モデルサイズに応じて, 速度向上とメモリ節約が相対的に増加します.
2番目の例では, 穿孔の伝達インピーダンスチュートリアルのバリエーションとして, より大きな熱粘性音響問題を解きます. アプリケーションギャラリのモデルには2つのバージョンが含まれています. 1つは, 穿孔の4分の1を解析するもの (対称性を使用, transfer_impedance_perforate.mph と呼ばれます) で, もう1つは穿孔全体をモデル化します ( transfer_impedance_perforate_withDD.mph と呼ばれます). さまざまなソルバー推奨設定のパフォーマンスと簡単な説明は, PDF 説明書に記載されています.
反復ソルバー推奨設定は, 穿孔チュートリアルモデルの伝達インピーダンスで有効になっています.
次のステップ
音響モジュールが分析ニーズにどのように適合するかについて詳しく知りたいですか? ソフトウェアの詳細については, お問い合わせください.
その他の参考資料
- 熱粘性音響に対するドメイン分割ソルバーの使用のブログをご覧ください.
- テストベンチの車内音響のチュートリアルモデルをお試しください.
コメント (0)