A Parallel MultiMesh MultiPhysics method for speeding-up incremental multiphysics processes
Une méthode MultiMaillages MultiPhysiques parallèle pour accélérer les calculs des procédés incrémentaux
Résumé
The aim of our work is to reduce the computational time of multiphysical incremental processes, while maintaining accurate history of the calculation and taking into consideration the multiphysical aspect. We choose the MultiMesh MultiPhysics method (MMMP). The principle of the method consists on using for each physic a specific mesh which is called Computational Mesh that takes into consideration the characteristics of this physic. Besides the Computational Meshes we consider a Reference Mesh that we use to store results. Since the main application of our thesis is the cogging process which is a thermomechanical coupled process, we apply the MMMP method to this process by considering two meshes : a Mechanical Mesh for the mechanical calculation and another one for the thermal calculation, which serves simultaneously as a Reference Mesh. The particularity of the cogging process is that the plastic deformation is localized in the contact zone with the tools and out of this zone the deformation is negligible. Based on this particularity we generate the Mechanical Mesh : it is divided into two zones, the first one is the deformation zone which has a fine mesh size while the second one is the rest of the mesh, it is called the weak deformation zone and it has a mesh size equal to the double of the fine mesh size. To improve the quality of the data transfer that we perform using the inverse interpolation method, we use three techniques : The first one consists on blocking the deformation zone which means that we have exactly the same nodes and elements on the Reference Mesh and the Mechanical Mesh. The second one is to coarsen the weak deformation zone by a nodes nested coarsening which means that the coarsening is done by eliminating nodes without adding nodes or moving the existing ones. The third, concerns the 0 P variables such as generalized deformation, it consists on recalculating these variables on the Reference Mesh instead of transferring them. The high cost of the data transfer is reduced to less than 1% by a technique of transfer without-relocalization which is based on performing the localization of the arrival mesh in the departure mesh, only at the first increment and using this localization for the remaining increments. The partitioning of the Mechanical Mesh is made independently of the Reference Mesh, which improves the parallel efficiency of the method. The MMMP acceleration is excellent, it varies between 4 and 18 depending on the number of degrees of freedom, the number of increments and the configuration of calculation. In parallel computation, it drops a bit as the Mechanical Mesh of the MultiMesh calculation has less degrees of freedom from the mesh of the MonoMesh calculation, however, the method continues to offer accelerations even on a very large number of processors.
L'objectif de notre travail est de réduire le temps de calcul des procédés multiphysiques incrémentaux, tout en conservant avec précision l'histoire du calcul et en prenant en compte l'aspect multiphysique. Notre choix est tombé sur la méthode MultiMaillages MultiPhysiques (MMMP). Le principe de la méthode consiste à utiliser pour chaque physique un Maillage de Calcul qui lui est optimal, et à considérer un Maillage Référence pour le stockage des résultats. Étant donné que l'application principale de notre travail de thèse est le procédé de martelage qui est un procédé couplé thermomécaniquement, on a appliqué la méthode MMMP à ce procédé en considérant 2 maillages : un maillage pour le calcul mécanique et un autre pour le calcul thermique que l'on a aussi utilisé comme Maillage Référence. La particularité du procédé de martelage est que la déformation plastique est localisée dans la zone de contact avec les outils, et à l'extérieure de cette zone la déformation est négligeable. Le maillage Mécanique est généré en se basant sur cette particularité : il est divisé en deux zones, une zone qui a une taille de mailles fine, c'est la zone de déformation (zone de contact avec les outils) et une autre, constituée par le reste du maillage c'est-à-dire là où il ne se passe presque rien ; dans cette zone on a considéré une taille déraffinée égale à deux fois la taille fine. Pour améliorer la qualité du transport qui est fait par la méthode d'interpolation inverse on a utilisé trois techniques : la première consiste à grader la zone de déformation dans le Maillage Mécanique telle qu'elle est dans le Maillage Référence, la deuxième consiste à déraffiner la zone de faible déformation par un déraffinement emboîté par nœuds, c'est à dire en éliminant des nœuds sons ajouter ou bouger les nœuds existants et la troisième concerne les variables élémentaires telles que la déformation généralisée et consiste à ne pas transporter cette variable mais à la recalculer sur le maillage d'arrivée à partir de la vitesse. Le coût élevé du transport est réduit à moins de 1 % du temps total par une technique de transport sans relocalisation qui consiste à faire la localisation du maillage d'arrivée dans le maillage de départ uniquement au premier incrément et utiliser cette localisation pour les autres incréments. Le partitionnement du Maillage Mécanique est fait indépendamment du Maillage Référence, ce qui améliore l'efficacité parallèle de la méthode. L'accélération MMMP est excellente, elle varie entre 4 et 18 en fonction du nombre de degrés de liberté, du nombre d'incréments et de la configuration de calcul. En parallèle elle chute un peu puisque le Maillage Mécanique du calcul Multimaillage a moins de degrés de liberté que le Maillage du calcul Monomaillage, cependant la méthode continue à nous offrir des accélérations même sur un très grand nombre de processeurs.
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