В статье рассмотрены новые функциональные возможности в программном решении для 3D-электродинамического моделирования WIPL-D Pro CAD 2023. Компания WIPL-D ежегодно выпускает обновления программного обеспечения включая улучшения и новые возможности. Программные решения WIPL-D доступны для тестирования и приобретения на территории России, Республике Беларусь и СНГ. Система действует под ОС Windows, расчетное ядро может работать под ОС Linux. Для получения 30-дневной бесплатной лицензии необходимо заполнить форму: скачать.
Рассмотрим новые возможности WIPL-D Pro CAD 2023:
Данная функция позволяет сворачивать плоские тела над произвольными сложными образующими поверхностями. Работа с этим инструментом является простой и удобной. Операция становится активной, когда выбрано плоское вспомогательное тело и введен его указатель в соответствующее поле, вызываемое командой. Затем, когда функция сворачивания активирована, пользователь должен выбрать целевое тело, которое имеет хотя бы одну образующую сворачиваемую грань. После того, как целевое тело было выбрано, необходимо назначить референсные точки на вспомогательном и целевом телах. До того, как сворачивание реализуется, вспомогательное тело автоматические переносится, таким образом, чтобы его референсная точка совпадала с референсной точкой целевого тела. Функция сворачивания реализуется после нажатия на клавишу OK. Вспомогательное тело удаляется, тогда как новая геометрия целевого тела сохраняется. Дательное объяснение данной процедуры приведено в пользовательской инструкции WIPL-D Pro CAD 2023.
Геометрия, получаемая операцией сворачивания, может, в том числе, быть основана на классической микрополосковой патч-антенне, показанной на рисунке 1. В данном случае рабочей частотой антенны является 1 ГГц.
Показанная выше патч-антенна свернута относительно круглого цилиндра, направленного вдоль оси x (рисунок 2). Эффект такой деформации, оказываемый на параметр S11, показан на рисунке 3. На этом рисунке также показано сравнение с коэффициентом отражения для плоской патч-антенны, показанной на рисунке 1. Можем заключить, что сворачивание антенны вдоль оси x, демонстрирует незначительное влияние на характеристики ее излучения.
Антенна, свернутая вокруг цилиндра, направленного вдоль оси y, показана на рисунке 4. Эффект такой деформации, оказываемый на параметр S11, показан на рисунке 5.
Сравнивая эффект сворачивания антенны на коэффициент ее отражения, можно заключить, что характерная деформация геометрии относительнооси y, имеет более выраженное влияние на условия работы антенны.
Эффективный надежный механизм автоматической валидации и устранения ошибок был реализован в новой версии WIPL-D Pro CAD 2023. При данной валидации следующие типы ошибок и неточностей в модели могут быть автоматически обнаружены: нарушение правил симметрии; появление неверной геометрии; недопустимые пересечения между телами; неправильные спецификации областей для граней и соседних регионов; присутствие граней с недопустимой спецификацией области; пересечения между проводами и другими телами; неправильные спецификации областей для проводов и окружающих их регионов, а также присутствие проводов с недопустимой спецификацией области.
В предыдущей версии программы эти ошибки и неточности автоматически фиксировались, а соответствующая команда вносилась в лог операций. Основная проблема заключалась в том, что в команды записывались точные имена топологических единиц (тел, регионов, граней, ребер). Такой механизм был чувствителен к изменениям в топологии модели.
Обновленная процедура валидации и фиксации ошибок основывается на новом механизме. Новая команда не содержит точные имена топологических единиц, а только операции, которые должны быть выполнены в процессе фиксации ошибок. Возможными операциями являются:
Реализуются только те операции, которые были выбраны пользователем. Важно отметить, что процедура валидации всегда реализуется до любых изменяющих операций, а эти операции выполняются только в тех местах топологии, где они необходимы. Этот механизм валидации и исправления ошибок является надёжным и адаптивным к изменениям в геометрии модели.
Импорт IWP файлов с геометрией проектов WIPL-D Pro CAD был доступен в предыдущих версиях программы. Данная опция осуществляет импорт геометрии, определенной в файле IWP, с возможностью объединения всех проводов и плоскостей после импорта. Описание материалов, распределенные и сосредоточенные нагрузки, возбуждение и настройки решателя не импортировались.
В новой версии были реализованы два значимых улучшения:
Таким образом, после импорта IWP файла, модель WIPL-D Pro CAD полностью готова к расчету.
Работа с очень сложными моделями, особенно содержащими большое количеств возбуждений, нагрузок, соединений и переходов, занимало большое количество времени в предыдущих версиях WIPL-D Pro CAD. Это было особенно заметно при выполнении большого числа операций над элементами топологии, которые описывали возбуждение, нагрузки или переходы.
В новой версии программы работа с такими моделями значительно ускорена, становясь эффективной и простой, особенно касаемо очень сложных топологий.
Вычислительное ядро WIPL-D Pro CAD ускоряется, как центральным процессором (ЦП), так и графическим процессором (ГП), с поддержкой произвольного числа потоков. Эффективность ЦП ускорения увеличивается с увеличением числа неизвестных коэффициентов. Однако, для электрически малых задач и большого количества используемых потоков ЦП, высокая эффективность параллелизации не требуется. Эффективность ГП ускорения высока для электрически больших задач, однако, опять же, невысока для электрически малых и средне-размерных проблем. Таким образом, для ускорения расчета электрически малых и средне-размерных проблем, при использовании всего доступного аппаратного обеспечения, частотное параллельное свипирование (FPR) и параметрическое параллельное свипирование (SPR) были разработаны.
Указанные опции позволяют проводить конкурирующее моделирование для нескольких частотных точек / субпроектов. Параллельное моделирование различных частотных точек / субпроектов доступно для электрически малых и средне-размерных задач, при котором каждый отдельный поток используют выделенные ему аппаратные ресурсы (ЦП и ГП). Таким образом достигается полное использование доступных аппаратных ресурсов с высокой эффективностью параллелизации.
При использовании FPR и SPR анализируемая система автоматически делиться на набор одночастотных субсистем или субпроектов с конкретным набором значений параметров, количество этих субсистем определяется пользователем, которые, затем, рассчитываются решателем параллельно. Количество параллельных запусков определяет число конкурирующих субпроектов. Когда расчет всех потоков закончен результаты объединяются автоматически.
Для того, чтобы оценить эффективность такой параллелизации, сравним результаты, полученные с FPR, с результатами, полученными обычном запуском решателя. Модели, имеющие количество неизвестных от 10000 до 30000 анализировались при двух режимах. В первом режиме (FPR не используется) используется 4 потока ЦП и 1 ГП. Во втором случае используется FPR, при котором каждый запуск использует 4 потока ЦП и 1ГП. В этом случае общее число параллельных запусков равно 2. Все проекты анализируются при инверсии нормальной матрицы для одинарной и двойной арифметической точности. Для моделирования использовалось следующее аппаратное обеспечение:
Теоретический максимум ускорения, в данном случае, является увеличение скорости вычислений в 2 раза. Однако, из-за определённых пересечений в потоках ЦП, подготовки и объединения результатов, реальное ускорение всегда несколько ниже теоретического максимума. Эффективность такого процесса, как частное достигнутого значения ускорения к его теоретическому максимуму, показана на рисунке 6.
Из рисунка 6 легко видеть, что очень высокая эффективность ускорения достигается для всех рассмотренных проектов, вне зависимости от параметров решателя. Для двойной арифметической точности эффективность выше, чем для одинарной.
Эффективность для инверсии матрицы достигает почти 100%, для заполнения матрицы немного ниже, общая эффективность снижается, если обращение требует меньше времени. Инверсия матрицы затрачивает меньше времени в случае одинарной точности, в этом заключается причина меньшей эффективности ускорения.
В дополнение к существующим уровням выбора геометрии:объединение, тело, грань, ребро, вершина, реализована новая возможность выборарегиона. Ранее выбор региона был возможен из дерева проекта, однако, прибольшом количестве регионов этот способ оказывался неприменимым на практике. Вновой версии программы, работа с моделями, содержащими большое количестворегионов стала эффективной и интуитивно понятной.
a) улучшен импорт в не-Parasolid САПР форматы
Когда модель экспортируется в не-Parasolid форматы активные единицы модели сохраняются вместе с геометрией.
b) автоматическое удаление вспомогательного точечного тела в режиме отслеживания геометрии/топологии
В процессе создания геометрических примитивов, если выбрана опция привязки к геометрии или топологии модели, для каждой отслеживаемой точки создается вспомогательное точечное тело. Точечные тела не имеют никакого физического значения, то есть они не оказывают влияние на результаты электродинамического расчета. В дополнении к этому, существование большого количества таких тел увеличивает количество записей в дереве проекта, что делает работу с ним сложной и запутанной. Для того, чтобы избежать этого, в новой версии программы введена возможность автоматического удаления вспомогательного точечного тела. Объект исчезает мгновенно после создания требуемой геометрии, для которой, было создано вспомогательное тело.
c) комментарии в истории операций, позволяющие выполнять выборочные команды
Реализован новый класс команд, целью которых является повышение полезности истории операций. Все команды, начинающиеся с “//” являются комментариями и игнорируются в процессе выполнения скрипта.
Любая команда может быть обращена в комментарий простым добавлением “//” вначале текста, обратное также справедливо.
d) увеличена точность создания аналитических кривых и поверхностей
Аналитические кривые и поверхности создаются с использованием аппроксимированных кривых и поверхностей Parasolid, соответственно. Продвинутый алгоритм расчета количества и положения узловых точек, который реализован в новой версии программы, значительно повышает точность создания таких геометрий.
e) новые типы антенн в библиотеке компонентов
Библиотека компонентов дополнена тремя типа антенн:
f) дополнен лист предопределенных материалов
Был расширен список предопределенных материалов, который теперь включает 67 типов человеческих тканей.
g) улучшен режим рендеринга савтоматическим регулированием прозрачности
Введена новая функция рендеринга при автоматическом регулировании прозрачности. В дополнении к твердотельному рендерингу, которое было реализовано ранее, выбранная структура теперь может быть прозрачной. В этом случае, контроль за моделями со сложными геометриями становится проще и удобнее.
По вопросам обучения, предоставления временных лицензий на программные решения WIPL-D, тестирования и приобретения, пожалуйста, обращайтесь к специалистам компании ООО "ЭЛМ" по телефону +7 (495)005-51-45 или по электронной почте info@elm-c.ru.
