Ausgabe und Neustart¶

Analyseergebnisse liegen zunächst im Speicher vor und müssen daher für Nachbearbeitung, Visualisierung, Wiederherstellung und Neustart in geeignete Dateien geschrieben werden. Da sich Dateiformat, Ausgabeposten und Ausgabehäufigkeit je nach Zweck unterscheiden, stellt FrontISTR mehrere Ausgabepfade für unterschiedliche Verwendungszwecke bereit.

Die Ausgabe von FrontISTR besteht aus drei Systemen: Ergebnisdateien zum Speichern von Analysewerten (!WRITE,RESULT), Visualisierungsdateien für die Visualisierung (!WRITE,VISUAL) und Neustartdateien zum Speichern des Analysezustands (!RESTART). Die in Ergebnis- bzw. Visualisierungsdateien enthaltenen physikalischen Größen werden mit !OUTPUT_RES bzw. !OUTPUT_VIS ausgewählt.

Funktionsübersicht¶

Ausgabeeinstellungen lassen sich leichter strukturieren, wenn die folgenden drei Achsen getrennt betrachtet werden.

Achse	Haupteingabe	Aufgabe
Ausgabeziel	`!WRITE,RESULT`, `!WRITE,VISUAL`, `!RESTART`	Legt fest, in welchem Dateityp Ergebnisse entsprechend ihrem Verwendungszweck gespeichert werden.
Ausgabevariablen	`!OUTPUT_RES`, `!OUTPUT_VIS`	Legt die physikalischen Größen fest, die in Ergebnis- oder Visualisierungsdateien enthalten sind.
Ausgabehäufigkeit	`FREQUENCY`	Legt fest, nach wie vielen Schritten in eine Datei geschrieben wird.

!WRITE,RESULT aktiviert Ergebnisdateien, und !OUTPUT_RES legt die Ausgabevariablen fest. !WRITE,VISUAL aktiviert Visualisierungsdateien, und !OUTPUT_VIS legt die an die Visualisierung übergebenen Variablen fest. In beiden Fällen kann das Ausgabeintervall mit FREQUENCY gesteuert werden. !WRITE ist eine einzelne Karte; RESULT / VISUAL / FEMAP können gemeinsam als Parameter zur Auswahl von Ausgabezielen auftreten.

Die Datenzeilen von !OUTPUT_RES und !OUTPUT_VIS listen Namen von Ausgabevariablen und ON / OFF auf. Durch Angabe von GROUP kann das Ausgabeziel auf eine Gruppe beschränkt werden. Die konkrete Eingabesyntax und die verfügbaren Datenzeilen finden Sie in der Schlüsselwortreferenz.

!RESTART speichert unabhängig von Ergebnis- und Visualisierungsdateien den Analysezustand selbst. Neustartdateien dienen dazu, eine Analyse nach einer Unterbrechung aus demselben Zustand fortzusetzen.

Auswahl der Ausgabe¶

Wählen Sie die Ausgabe zunächst entsprechend dem zu prüfenden Zweck. Verwenden Sie eine Ergebnisdatei, wenn numerische Werte für Nachbearbeitung oder eine andere Analyse verwendet werden sollen, und eine Visualisierungsdatei, wenn Formen oder Verteilungen mit einem Visualisierungswerkzeug geprüft werden sollen. Muss die Analyse zwischenzeitlich fortgesetzt werden, aktivieren Sie zusätzlich zur normalen Ergebnisausgabe eine Neustartdatei.

Zweck	Auszuwählende Ausgabe	Hauptangabe
Analysewerte für Nachbearbeitung, Vergleich oder eine andere Analyse speichern	Ergebnisdatei	`!WRITE,RESULT` und `!OUTPUT_RES`
Verteilungen und verformte Formen in ParaView oder ähnlichen Werkzeugen prüfen	Visualisierungsdatei	`!WRITE,VISUAL`, `!OUTPUT_VIS`, `!VISUAL`
Eine lang laufende Analyse zwischenzeitlich fortsetzen	Neustartdatei	`!RESTART`
Ausgabegröße verringern	Nur benötigte Variablen ausgeben	`ON` / `OFF` und `FREQUENCY` in `!OUTPUT_RES` / `!OUTPUT_VIS`

Bei großskaligen Analysen kann das Speichern jedes Schritts mit den Standardausgabeeinstellungen zu großen Ergebnis- und Visualisierungsdateien führen. Setzen Sie nur die benötigten physikalischen Größen auf ON und für die Prüfung nicht benötigte Größen auf OFF. Ist ein fein aufgelöster Zeitverlauf nicht erforderlich, erhöhen Sie FREQUENCY, um das Ausgabeintervall zu vergrößern.

Eine zweckmäßige Reihenfolge zur Festlegung der Ausgabevariablen ist „zu prüfende physikalische Größe“, „Ausgabeziel“ und „Häufigkeit“. Um beispielsweise eine Spannungsverteilung in ParaView zu prüfen, aktivieren Sie Visualisierungsdateien und wählen NSTRESS oder NMISES mit !OUTPUT_VIS. Um Kontaktkräfte numerisch nachzubearbeiten, aktivieren Sie Ergebnisdateien und wählen CONTACT_NFORCE oder Ähnliches mit !OUTPUT_RES.

Verfügbare physikalische Größen¶

Ausgabevariablen werden in Strukturanalyse, dynamische Analyse, thermische Analyse, Kontaktanalyse, elementspezifische Ergebnisse und identifizierende Metadaten unterteilt. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Variablennamen, Typen und Analysetypen zusammen, in denen sie verwendet werden. Eine vollständige Liste der Variablennamen und die Syntax der Datenzeilen finden Sie unter !OUTPUT_RES und !OUTPUT_VIS.

Kategorie	Variablenname	Typ	Hauptanalysetyp	Beschreibung
Grundgrößen der Strukturanalyse	`DISP`, `ROT`, `REACTION`	Vektor	Statische Analyse, dynamische Analyse	Verschiebung, Rotation und Knotenreaktionskraft. `ROT` ist für Elemente mit Rotationsfreiheitsgraden gültig.
Spannung	`NSTRESS`, `ESTRESS`, `ISTRESS`	Symmetrischer Tensor	Strukturanalyse	Knotengemittelte Spannung, Elementspannung und Integrationspunktspannung.
von-Mises-Spannung / Hauptspannung	`NMISES`, `EMISES`, `PRINC_NSTRESS`, `PRINC_ESTRESS`, `PRINCV_NSTRESS`, `PRINCV_ESTRESS`	Skalar, Vektor	Strukturanalyse	von-Mises-Spannung, Hauptspannungswerte und Hauptspannungsrichtungen.
Dehnung	`NSTRAIN`, `ESTRAIN`, `ISTRAIN`	Symmetrischer Tensor	Strukturanalyse	Knotendehnung, Elementdehnung und Integrationspunktdehnung.
Plastische / thermische Dehnung	`PL_ISTRAIN`, `PL_ESTRAIN`, `TH_NSTRAIN`, `TH_ESTRAIN`, `TH_ISTRAIN`	Skalar, symmetrischer Tensor	Nichtlineare Strukturanalyse, thermische Spannungsanalyse	Vergleichsplastische Dehnung und thermische Dehnung.
Hauptdehnung	`PRINC_NSTRAIN`, `PRINC_ESTRAIN`, `PRINCV_NSTRAIN`, `PRINCV_ESTRAIN`	Skalar, Vektor	Strukturanalyse	Hauptdehnungswerte und Hauptdehnungsrichtungen.
Dynamische Analyse	`VEL`, `ACC`	Vektor	Dynamische Analyse	Knotengeschwindigkeit und Knotenbeschleunigung.
Thermische Analyse	`TEMP`	Skalar	Wärmeleitungsanalyse	Knotentemperatur. In Ergebnis- und Visualisierungsdateien der thermischen Analyse wird sie als Temperaturfeld ausgegeben.
Kontakt	`CONTACT_NFORCE`, `CONTACT_FRICTION`, `CONTACT_RELVEL`, `CONTACT_STATE`, `CONTACT_NTRACTION`, `CONTACT_FTRACTION`	Vektor, Skalar	Kontaktanalyse	Kontaktnormalkraft, Reibungskraft, relative Gleitgeschwindigkeit, Kontaktzustand und Kontaktkraft pro Flächeneinheit.
Balkenelement	`BEAM_NQM`	12-Komponenten-Wert	Strukturanalyse mit Balkenelementen	Schnittgrößen von Balkenelementen.
Identifikation / Zustand	`NODE_ID`, `ELEM_ID`, `SECTION_ID`, `MATERIAL_ID`, `ELEMACT`, `YIELD_RATIO`	Skalar	Strukturanalyse, Visualisierung	Identifikationsinformationen für Knoten, Elemente, Abschnitte und Materialien; Elementaktivierungszustand; Fließverhältnis. `ELEMACT` gibt für aktive Elemente 1 und für inaktive (deaktivierte) Elemente 0 aus.
Hilfsinformationen für Schalen	`SHELL_LAYER`, `SHELL_SURFACE`	Skalar	Strukturanalyse mit Schalenelementen	Hilfsinformationen zur Identifizierung der Schichtausgabe von Schalen und der Schalenflächen.

Standardmäßig sind DISP, ROT, NSTRESS und NMISES auf ON gesetzt. Ob tatsächlich aussagekräftige Werte ausgegeben werden, hängt jedoch von Analysetyp, Elementtyp, Materialmodell und Kontakteinstellungen ab. Beispielsweise werden VEL und ACC in der dynamischen Analyse verwendet, CONTACT_* dann, wenn in der Kontaktanalyse Kontaktinformationen erzeugt werden.

Schichtausgabe bei Schalenelementen¶

Schalenelemente besitzen mehrere Integrationspunkte oder Schichten über die Dicke, sodass Spannungs- und Dehnungswerte selbst innerhalb desselben Elements je nach Schicht oder Oberfläche unterschiedlich sein können. Bei ausschließlich üblichen knotengemittelten Werten oder Elementwerten ist schwer zu erkennen, welcher Schicht oder Oberfläche ein Wert zugeordnet ist.

Wenn SHELL_LAYER auf ON gesetzt ist, werden die Ergebnisse für die +‑ und −‑Seite jeder Schicht einer laminierten Schale getrennt ausgegeben. Die ausgegebenen Spannungs- und Dehnungskomponenten enthalten Kennungen für Schichtnummer und Oberflächenseite, sodass Spannungsverteilungen über die Dicke und Schädigungen schichtweise ausgewertet werden können.

SHELL_SURFACE ist eine Hilfsinformation zur Identifizierung von Schalenoberflächen wie Ober- und Unterseite. Aktivieren Sie bei der Visualisierung von Schichtergebnissen SHELL_LAYER und die benötigten Spannungs-/Dehnungsvariablen und wählen Sie im Visualisierungswerkzeug die Ergebniskomponente aus, die der gewünschten Schicht oder Oberfläche entspricht.

Da die Schichtausgabe die Anzahl der Ausgabekomponenten erhöht, nimmt bei Modellen mit vielen Schichten die Dateigröße zu. Es ist daher vorzuziehen, die Ausgabe auf die benötigten Spannungs- und Dehnungsvariablen zu beschränken.

Ausgabeziele¶

Ergebnisdateien und Visualisierungsdateien unterscheiden sich in Zweck und Speicherformat. Beide können in derselben Analyse oder auch jeweils einzeln ausgegeben werden.

Ergebnisdateien¶

Ergebnisdateien werden mit !WRITE,RESULT aktiviert. Analyseergebnisse werden als FrontISTR-/HEC-MW-Ergebnisdaten gespeichert und für numerische Nachbearbeitung oder als Eingabe für eine andere Analyse verwendet. Die Ausgabevariablen werden mit !OUTPUT_RES ausgewählt.

!WRITE,RESULT ist zugleich als Parameter RESULT der Karte !WRITE implementiert und stellt neben Visualisierungs- und FEMAP-Ausgabe eine Option für das Ausgabeziel dar.

Ergebnisdateien können für Strukturanalysen Verschiebung, Spannung, Dehnung, Reaktionskräfte, Kontaktinformationen und weitere Größen sowie für thermische Analysen Temperaturfelder speichern. Das schrittbezogene Ausgabeintervall wird mit FREQUENCY angegeben. Konkrete Dateinamen, Speicherorte und die Prüfung nach der Ausführung sind im Ausführungsleitfaden beschrieben.

Ergebnisdateien (Erweiterung .res) sind Textdaten mit der folgenden Struktur. Zunächst erscheinen Formatversion und Kommentar, danach globale Variablen und schließlich Ausgabevariablen für jeden Knoten und jedes Element.

*fstrresult 2.0
*comment
<Kommentarzeile>
*global
<Anzahl der globalen Variablen>
<Freiheitsgrade der globalen Variablen>
<Namen der globalen Variablen>
<Werte der globalen Variablen>
...
*data
<Anzahl der Knoten> <Anzahl der Elemente>
<Anzahl der Knotendaten> <Anzahl der Elementdaten>
<Freiheitsgrade der Knotendaten> ...
<Namen der Knotendaten>
...
<Werte der Knotendaten>
...
<Freiheitsgrade der Elementdaten> ...
<Namen der Elementdaten>
...
<Werte der Elementdaten>
...

Protokolldateien¶

Protokolldateien (Erweiterung .log) sind Zusammenfassungsdateien, die nach einer Analyse immer ausgegeben werden. Zusätzlich zu physikalischen Größen für jeden Knoten und jedes Element werden Maximal-/Minimalwerte der Verschiebungs-, Dehnungs- und Spannungskomponenten ausgegeben. Bei der Modalanalyse werden Eigenwerte und Eigenvektorwerte ausgegeben. Der Parameter LOG von !WRITE steuert den Ausgabeinhalt. Dateinamen und Speicherorte finden Sie im Ausführungsleitfaden.

Visualisierungsdateien¶

Visualisierungsdateien werden mit !WRITE,VISUAL aktiviert. Dabei werden Netz- und Ergebnisdaten in ein Format für Visualisierungswerkzeuge umgewandelt und ausgegeben. Die Ausgabevariablen werden mit !OUTPUT_VIS ausgewählt; Format und Visualisierungsbedingungen werden mit !VISUAL angegeben.

!WRITE,VISUAL ist kein eigenständiges Schlüsselwort; es ist als Parameter VISUAL der Karte !WRITE implementiert und schaltet das Ausgabeziel auf derselben Ebene wie !WRITE,RESULT / !WRITE,FEMAP um (fstr_ctrl_get_WRITE in fistr1/src/common/fstr_ctrl_common.f90).

Zur Aktivierung der Visualisierung müssen auf der Karte !VISUAL mindestens Visualisierungsfläche und Ausgabeformat angegeben werden. Der folgende Datensatz stellt das Minimum dar.

!WRITE,VISUAL
!VISUAL,method=PSR
!surface_num=1
!surface 1
!output_type=VTK

Die Angaben surface_num und !surface dürfen nicht weggelassen werden. Detaillierte Syntax und verfügbare Optionen finden Sie unter !VISUAL.

Die wichtigsten Visualisierungsformate sind:

Format	Zweck
VTK	Für die Visualisierung in ParaView und ähnlichen Werkzeugen.
AVS (UCD)	Für Visualisierung und Datenaustausch im AVS-/UCD-Format.
BMP	Gibt Visualisierungsergebnisse als Bilder aus.
NEU	Für den Datenaustausch im neutralen FEMAP-Format.

Visualisierungsdateien lassen sich von Visualisierungswerkzeugen direkter verarbeiten als Ergebnisdateien; ihre Größe steigt jedoch abhängig vom gewählten Format und der Anzahl der Variablen. Aktivieren Sie bei großskaligen Modellen mit !OUTPUT_VIS nur die für die Darstellung benötigten Variablen.

Neustart¶

Die Neustartfunktion speichert den internen Zustand an dem Punkt, an dem eine Analyse unterbrochen wird, und setzt die Berechnung bei der nächsten Ausführung aus demselben Zustand fort. Gewöhnliche Ergebnisdateien werden für die Nachbearbeitung ausgegeben; Neustartdateien speichern dagegen den Zustand, damit der Löser die Berechnung fortsetzen kann.

Ist n in !RESTART, FREQUENCY=n positiv, wird im angegebenen Schrittintervall eine Neustartdatei geschrieben. Ist n negativ, wird beim Start der Ausführung eine vorhandene Neustartdatei gelesen; anschließend werden Neustartdateien mit dem Absolutwert |n| als Ausgabeintervall geschrieben.

Beim Neustart einer Strukturanalyse werden aktueller Schritt, Unterschritt, kumulierter Schritt, Zeit, Zeitinkrement, Lasthistorie, Verschiebung, äußere Kraft, Spannung und Dehnung an jedem Gauß-Punkt, innere Materialzustandsvariablen, Kontaktzustand und weitere Daten gespeichert. Bei der dynamischen Analyse wird zusätzlich der zum Fortsetzen der Zeitintegration erforderliche dynamische Zustand gespeichert, darunter Geschwindigkeit und Beschleunigung, Dehnungsenergie, aktuelle Zeit und Zeitinkrement. Die thermische Analyse speichert Schrittnummer, Zeit und Temperaturfeld und stellt beim Einlesen das Temperaturfeld als Anfangszustand wieder her.

Schreibzeitpunkt und Fortsetzungsverhalten beim Neustart statischer Analysen¶

Für den Neustart bei statischen Analysen (fstr_solve_NLGEOM) gibt es zwei Schreibpfade, deren Fortsetzungsverhalten sich unterscheidet.

Schreiben während eines Unterschritts: Innerhalb der Unterschrittschleife wird eine Datei geschrieben, wenn step_count ein Vielfaches von FREQUENCY wird. Die aufgezeichnete Zeitinformation wird als „Startzeit des aktuellen Schritts“ gespeichert; außerdem wird die Lastliste des vorherigen Schritts mitgespeichert.
Schreiben am Ende eines Schritts: Unmittelbar nach Abschluss der Unterschrittschleife jedes Lastschritts wird stets eine Datei geschrieben, unabhängig davon, ob der Schritt ein Vielfaches von FREQUENCY ist. Die aufgezeichnete Zeitinformation wird als „Endzeit des Schritts“ gespeichert; außerdem wird die Lastliste dieses Schritts mitgespeichert.

Beim Einlesen bestimmt FrontISTR anhand der Übereinstimmung der aufgezeichneten „aktuellen Zeit“ und „Referenzzeit“, ob der Schritt abgeschlossen ist (fstr_read_restart in fstr_Restart.f90).

Zustand beim Schreiben	Verhalten beim Fortsetzen
Während eines Unterschritts	Fortsetzung ab dem nächsten Unterschritt desselben Schritts. Die Unterschrittposition zum Schreibzeitpunkt wird übernommen und die verbleibende Unterschrittschleife ausgeführt.
Ende des Schritts	Start ab dem ersten Unterschritt des nächsten Schritts. `cstep` wird um 1 erhöht, `substep=1` gesetzt und anschließend die Analyse fortgesetzt.

Daher unterscheiden sich selbst bei derselben Einstellung von FREQUENCY die Schrittnummer und die Zeitreferenz nach dem Fortsetzen je nach Schreibzeitpunkt (während eines Unterschritts / am Ende eines Schritts). Insbesondere wird am Ende jedes Schritts unabhängig von der Einstellung FREQUENCY immer geschrieben.

Schreibzeitpunkt und Fortsetzungsverhalten beim Neustart dynamischer Analysen¶

Auch beim Neustart einer Zeitverlaufsanalyse wird zwischen Schreiben während eines Unterschritts und Schreiben am Ende eines Schritts unterschieden. Während eines Unterschritts wird eine Datei geschrieben, wenn die kumulierte Unterschrittzahl step_count ein Vielfaches von FREQUENCY wird; am Ende eines Schritts wird unabhängig von FREQUENCY am Ende dieses Schritts eine Datei geschrieben.

Beim Einlesen wird die Fortsetzungsposition aus der gespeicherten Schrittnummer, Unterschrittnummer und kumulierten Unterschrittzahl wiederhergestellt. Das aktuelle Format (restart_version >= 5) verwendet einen mit der statischen Analyse gemeinsamen Header und speichert aktuelle Zeit, Zeitinkrement, Statistik der Newton-Iterationen und Zustand der automatischen Inkrementierung. Dadurch können dynamische Analysen mit mehreren !STEP-Karten und automatischem Inkrement/cutback nach dem Neustart Zeitreferenz und Zeitinkrement übernehmen. Ältere Neustartdateien dynamischer Analysen behalten teilweise Lesekompatibilität, neue Analysen sollten jedoch das aktuelle Format verwenden.

Schreiben der `!STEP`-Karten für den Neustart¶

Beim Fortsetzen aus einem Neustart liest FrontISTR die !STEP-Karten in der cnt-Datei als „Abfolge der nach dem Fortsetzen auszuführenden Schritte“ und verarbeitet sie stets ab der ersten Karte der Reihe nach (tot_step=1). Die Schrittnummer in den geladenen Neustartinformationen dient zur Ausrichtung der auf dem Bildschirm angezeigten kumulierten Schrittnummer und beeinflusst nicht den !STEP-Index in der cnt-Datei selbst. Darüber hinaus wird im aktuellen Format beim Einlesen des Neustarts die Referenzzeit gemeinsam zu starttime jeder !STEP-Karte in der cnt-Datei addiert, sodass die Zeitachse den Neustartzeitpunkt als Ursprung verwendet.

Bereiten Sie die cnt-Datei für den Neustart daher nach der folgenden Regel vor.

Art der Unterbrechung	In cnt beizubehaltender Bereich der `!STEP`-Karten
Während eines Unterschritts geschrieben (Schritt unvollständig)	Den unterbrochenen Schritt als ersten beibehalten. Danach die folgenden noch nicht ausgeführten Schritte anordnen.
Am Ende eines Schritts geschrieben (Schritt abgeschlossen)	Abgeschlossene Schritte entfernen und den als Nächstes auszuführenden Schritt an die erste Stelle setzen.

In beiden Fällen lautet die Grundregel, bereits abgeschlossene Schritte aus der cnt-Datei zu entfernen. Da die Neustartzeit automatisch zu starttime addiert wird, kann die cnt-Datei einen Nullursprung (oder relative Schrittstartzeiten) verwenden. Verweise wie Randbedingungen und Lasten sollten in der cnt-Datei nur für die verbleibenden !STEP-Karten beibehalten werden. Dieselbe Regel gilt für den Neustart dynamischer Analysen mit mehreren !STEP-Karten.

Ein typischer Neustartablauf ist:

Geben Sie bei der ersten Ausführung !RESTART, FREQUENCY=n an und schreiben Sie eine Neustartdatei.
Geben Sie bei der Ausführung zur Fortsetzung der Analyse !RESTART, FREQUENCY=-n an.
FrontISTR liest beim Start die Neustartdatei und schreibt anschließend alle n Schritte einen neuen Zustand.

Benennung und Ablage von Neustartdateien sowie die Angabe bei der Ausführung sind im Ausführungsleitfaden beschrieben. Es besteht außerdem teilweise Lesekompatibilität mit Dateien älterer Formate; neue Analysen sollten jedoch das aktuelle Format verwenden.