تتبع عالي الدقة للسطح الحر والاقتران متعدد الفيزياء

TesboLBM

حلّال محاكاة الصبّ الأصلي على الـ GPU

TesboLBM هو حلّال ديناميكا الموائع عالي الأداء يعتمد على طريقة شبكة بولتزمان (LBM)، تم تطويره بواسطة فريق TesboCFD. تم تصميمه خصيصًا لمعالجة المواد المعقدة، والتدفقات العابرة متعددة الأطوار، وصب المعادن الصناعي عالي الدقة. يقوم TesboLBM بحساب حركة السوائل انطلاقًا من الديناميكيات الإحصائية المجهرية ليوفر استقرارًا عدديًا قويًا ودقة فيزيائية لعمليات الملء الصناعية والأشكال الهندسية المعقدة، مكمّلًا نماذج FVM التقليدية المستمرة.

قيد التطوير النشط مغلق المصدر حاليًا
“
الملء وانتقال الحرارة والتصلّب — تُحَل كلّها على الـ GPU
”

صبّة حقيقية

دورة صبّ كاملة، على قطعة إنتاجية

ملء وتصلّب صبّة صُرّة عجلة، على الشكل الهندسي للعميل نفسه. مشهد متّصل واحد: المرحلتان مقترنتان حراريًا، فيبدأ التصلّب من حقل الحرارة الذي انتهى إليه الملء.

صبّة صُرّة عجلة، AlSi7Mg — من الملء إلى التصلّب، ملوّنة بالحرارة. آخر نقطة مضيئة تحت المغذّي المركزي هي آخر ما يتصلّب.

الشكل الهندسي لصبّة صُرّة العجلة كما استُلم، مع قناة الصبّ والمجاري والمغذّي المركزي
الشكل الهندسي المُدخل كما استُلم — 209 ألف مثلّث، 472 × 666 × 337 مم.
القطعة ذاتها مع نتيجة الملء المحلولة، ملوّنة بالحرارة
القطعة ذاتها بعد الحل: التجويف ممتلئ تمامًا، ملوّن بالحرارة.

أداء الـ GPU

أرقام، لا شعارات

كل رقم أدناه مقيس على جهاز واحد: بطاقة Tesla V100 واحدة مقابل معالج الجهاز نفسه، بتشغيل النواة ذاتها. لا تحجيم ولا استقراء.

55×

نواة LBM أحادية الطور

1851 MLUPS على V100 واحدة — 62.7% من عرض نطاق ذاكرة البطاقة — مقابل 33.9 MLUPS لجميع أنوية المعالج الـ 18 على الجهاز نفسه. شبكة 256² × 64، نحو 4.19 مليون خلية.

40.5×

نواة التوصيل الحراري

5422 MLUPS مقابل 134 MLUPS على 36 خيطًا للمعالج، والطرفان ينفّذان الحساب ذاته. شبكة 128² × 64، نحو 1.05 مليون خلية.

62.7%

من عرض نطاق ذاكرة البطاقة

بلغت النواة أحادية الطور 562.9 من 897 غيغابايت/ث على V100. طريقة بولتزمان الشبكية محدودة بالذاكرة، فهذا هو السقف المهم.

الإنتاجية المقيسة بوحدة MLUPS: TesboLBM على Tesla V100 واحدة مقابل خطوط أساس المعالج على الجهاز نفسه

من أين يأتي الفرق

من عرض النطاق، لا من سرعة الساعة. طريقة بولتزمان الشبكية محدودة بالذاكرة، فتُشبع حفنة من الأنوية عرض نطاق مقبس المعالج: على الجهاز نفسه، الانتقال من نواة واحدة إلى 18 يمنح 8.3× فقط (من 4.1 إلى 33.9 MLUPS، بكفاءة توازٍ 45%). أمّا التشغيل على V100 فيبلغ 62.7% من عرض نطاق ذاكرة البطاقة. زيادة أنوية المعالج لا تُغلق هذا الفرق.

رقم 1851 MLUPS هو ذروة النواة أحادية الطور على نطاق مُشبَع. أمّا الملء المقترن بسطح حر على صبّة حقيقية فيعمل بنحو 450 MLUPS فعليًا، أي نحو 1.5 ملّي ثانية للخطوة على 672 ألف خلية، لأنه يحمل حقولًا ومرورات أكثر لكل خطوة. الإنتاجية الفعلية تتوقّف على الصبّة والشبكة والعتاد.

القدرات

ما يقوم به TesboLBM

مدعومقيد التطوير

العملية

  • الملء: LBM مع تتبّع السطح الحر، اضطراب ما دون الشبكة، خطوة زمنية تكيّفية
  • انتقال الحرارة والتصلّب: حرارة كامنة، مقاومة بينية، مواد صلبة متعدّدة
  • الملء ثم التصلّب، بتواصل حراري
  • الصبّ الرملي بالجاذبية
  • الصبّ بالقالب منخفض الضغط

النماذج الفيزيائية

  • الضغط الخلفي للتجويف والتهوية، نفاذية لكل جسم (فتحات تهوية، مغذّيات، مبرّدات، نوى)
  • الحمل الطبيعي: الطفو مع مقاومة المنطقة اللزجة
  • منحنى النسبة الصلبة الحقيقي fs(T)، قابل للاستيراد من بيانات أطوار السبيكة
  • معامل الانتقال الحراري البيني معاير من منحنيات تبريد مقيسة
  • مقارنة المحاكاة بالقياس، مع مقاييس الخطأ والارتباط
  • بيانات خصائص السبائك متعدّدة المكوّنات

التنبّؤ بالعيوب

  • مسامية الانكماش، مصنّفة بمعيار Niyama
  • قابلية التشقّق الساخن
  • تباعد أذرع التشعّب الثانوية (SDAS)

المنصّة وسير العمل

  • خلفية CUDA GPU
  • خلفية CPU مع تجزئة المجال بـ MPI
  • وحدات GPU متعدّدة على جهاز واحد، بنتائج مماثلة لبطاقة واحدة
  • مُشبِّك مدمج بسطر الأوامر لشبكات الملء والحرارة
  • تنقية تكيّفية على الشبكة الحرارية
  • مدقّق إعداد ساكن قبل التشغيل
  • متانة عددية على شبكات أدقّ

الميزات التقنية الأساسية

نموذج الشبكة القياسي ثلاثي الأبعاد D3Q19، لموازنة سرعة الحساب والدقة العددية

عامل تصادم متطور متعدد أوقات الاسترخاء (MRT)، يحافظ على استقرار عددي جيد عند أرقام رينولدز العالية وفي التدفقات شديدة الاضطراب

نموذج محاكاة الدوامات الكبيرة (LES) Smagorinsky الفرعي المدمج، لحل هياكل التدفق المضطرب بدقة

تتبع عالي الدقة للسطح الحر العابر، لالتقاط رذاذ السائل وانطوائه على نفسه وانحباس جيوب الهواء أثناء ملء القالب

حلّال اقتران حراري متعدد الفيزياء مع خصائص مادية تعتمد على درجة الحرارة (الكثافة، السعة الحرارية، التوصيل الحراري) وإطلاق الحرارة الكامنة

شروط حدية متطورة لمعامل نقل الحرارة البيني (IHTC)، لنمذجة التبادل الحراري العابر بين المسبوكة والقوالب الرملية، القوالب المعدنية، المبردات، والمغذيات

المواصفات العلمية والمعادلات الحاكمة

معادلة بولتزمان التطورية MRT مع قوى الجسم الخارجية

fi(x+eiΔt, t+Δt)−fi(x, t)=−M−1S[Mfi(x, t)−mieq(x, t)]+FiΔt

يحدث استرخاء التصادم في فضاء العزوم، ما يفصل لزوجة القص عن اللزوجة الحجمية؛ ومع قوى الجسم (كالجاذبية) يتفوّق بوضوح على نماذج زمن الاسترخاء الأحادي (BGK).

نموذج LES للاضطراب الفرعي

τeff=τ0+τt;νt=Cs2Δ2|S|

يحسب لزوجة الاضطراب ديناميكيًا بناءً على الثابت الثاني لموتر معدل الانفعال المحلي، مما يوفر قدرة تكيف قصوى للتدفقات المضطربة.

سيناريوهات التطبيق الصناعي

الصب الرملي بالجاذبية (Gravity Sand Casting)

محاكاة أنظمة الصب المعقدة والمجاري والتجاويف العميقة بدقة. يتنبأ بدمج جبهة السائل، وملفات الملء المدفوعة بالجاذبية، والتدرجات الحرارية العابرة.

الصب بالضغط العالي والمنخفض (HPDC / LPDC)

يلتقط التدفقات المعدنية السريعة بالقرب من جدران القوالب والمبردات والنوى الرملية. يتنبأ بدقة بانحباس الهواء عالي السرعة، والمناطق الميتة، والشوائب المضطربة، وتعويض المغذّيات.

التحكم الحراري والتصلّب (Thermal Control & Solidification)

يقرن الفيزياء المعتمدة على الحرارة مع إطلاق الحرارة الكامنة لنمذجة تطوّر النسبة الصلبة. يتنبأ بتأثير قنوات التبريد على معدلات التصلّب، للمساعدة في تقليل عيوب الانكماش.

مهتم بتقنية محاكاة TesboLBM؟

يدخل حلّال TesboLBM حاليًا في برامج تجريبية مشتركة في مجالات التصنيع الدقيق وعلوم المواد. نرحب بالتعاون الوثيق مع الشركاء الصناعيين والأكاديميين.