结构仿真优化软件排行结构优化设计TOSCA软件真相还有哪些？

结构优化设计TOSCA软件

TOSCA Structure是德国Fedesign公司开发的目前在国际上处于领先地位结构优化设计软件系统，目前已被广泛应用于汽车、航空、机械创造、加工工业等众多领域，并被奥迪、宝马等地球知名公司所采纳，当作其进行产品虚拟开发的软件工具。

TOSCA Structure 是标准的无参结构优化系统，能对具有任意载荷工况的有限元模型进行拓扑、形状和加强筋优化。在优化过程中，能直接使用已存在的有限元模型。TOSCA Structure 是进行结构优化的每一迭代过程均在外部求解器中进行结构分析，98迷科，通过采纳众多业界认可的优化器进行优化求解，保证了优化后果的高质量。 这样做的另一大优点是用户能在自己熟悉的求解器以及前后处理环境下工作，而不需培训来熟悉另外一个陌生的软件环境。通过 TOSCA Structure内部各程序的相互作用能完成新产品结构在CAD/CAE系统中从概念到成品的闭环优化设计过程。TOSCA Strcuture 结构优化系统各个重要模块TOSCAStructure软件由Topology，Shape，Bead，Smooth，Gui等几个重要的模块组成，以下将区别详解上述模块的功能与特点。1、TOSCA Strucutre.topology －拓扑优化模块新产品开发过程中的第一步工作是定义概念阶段结构的设计准则。该设计原则是指确定基于载荷、位移边界条件以及可选设计空间内的一个设计解。该设计解在满足设计要求如强度、刚度或频率约束等基础上是重量最轻或者成本最优的。TOSCA Structure.topology 能够在给定的可设计空间中，根据指定的所有加载和边界条件计算出一个最佳的设计方案侦破纪实：该方案即可当作一个设计初始样机，为后期详细设计打下基础。TOSCA Structure.topology模块的功能特点： 刚度不变前提下的体积最小化； 体积不变前提下的刚度最大化； 频率满足设计要求的前提下体积最小化； 体积不变前提下的第一频率最大化； 具有处理多工况、多目标、多约束问题的能力； 满足工艺加工要求； 网格自适应优化技术； 材料分布等势面的VRML, STL 或 FE表面网格划分输出； 优化后果能在TOSCA Structure.smooth中进行进一步处理；

图2 Audi 公司汽车联接臂的拓扑优化设计TOSCA Structure.shape －形状优化模块概念设计阶段的下一阶段是设计的改进过程。在应力分析基础上，对结构的表面几何形状进行修正和改进，直到达到要求的应力水平为止。该过程过去通常采纳试算方法手工进行。但是TOSCA Strucutre.shape模块能自动完成该改进过程。 现存的需要改进的设计或者前面拓扑优化过程的后果的表面形状会在有限元分析后果的基础上进行不断的改进，直到达到要求的优化目标。TOSCA Strucutre.shape模块的功能特点： 减小应力集中； 改善结构耐久性； 提高自然频率； 满足工艺加工要求；

图3 连杆形状优化设计TOSCA Structure.bead －加强筋优化模块TOSCA Structure.bead 采纳德国卡尔斯鲁厄大学创造进展协会 IPEK 开发的算法库对金属板结构进行加强筋优化以提高其刚度和自然频率或者降低噪音和振动。TOSCA Structure.bead模块的功能特点： 提高结构刚度或自然频率； 减振降噪； 精确确定条纹的高度和宽度； 计算后果清晰明确，能被精确创造；

图4 油底壳加强筋优化TOSCA Strucutre.smooth －平滑模块在虚拟产品开发过程中，需要将优化后果返回到CAD系统中以完成该过程的闭环。TOSCA Strucutre.smooth能将优化后果输出到目前大多数的CAD开发系统中去。该模块能从拓扑优化计算后果中得到材料分布的等势面，然后对该等势面进行平滑处理，最后得到的光滑优化表面，并能以几种不同的数据格式输出。 TOSCA Strucutre.shape形状优化后果也能以相同的格式被转化为CAD数据模型。TOSCA Strucutre.smooth模块的功能特点： 拓扑优化后果的材料分布等势面计算； 外形平滑化并简化CAD输出后果数据； 输出为CAD系统的匹配文件格式； 输出为快速3D可视化的VRML文件格式； 输出为用作网格重新划分和分析的Patran neutral； Tosca.shape形状优化后果输出及数据简化；

图5 拓扑优化平滑后果与快速加工创造产品TOSCA Structure.gui －统一界面TOSCA Structure.gui 是最优化设计中用来定义任务、开始运行以及后处理的直观用户图形界面。TOSCA Structure.gui具有下面的特点： 独立的Java控件平台； 从有限元模型中输入节点和单元体系； 生成Tosca所需的新的或者改进后的优化参数文件； 树形结构保证了Tosca各种功能的快速工作流程和清晰显示； 定义标准优化任务的框架技术； 具有Tosca各个模块间的任务数据传递功能； 向不同的后处理器输出后果；

图6 TOSCA.GUI 统一界面

当作一个完善的具有地球领先水平的结构优化系统，TOSCA Structure软件的具有如下特点： 高效处理超大模型的优化能力； 基于较优标准的快速、稳健优化算法； 优化过程对载荷和约束条件没有数量限制； 采纳用户图形界面TOSCA Structure.gui对优化过程进行定义、 运行和后处理； 支持ABAQUS, ANSYS, MSC.Nastran，MSC,Fatigue,和PERMAS等商品化有限元求解器； 支持ABAQUS/Viewer, ANSYS, FEMAP, MEDINA, MSC.Patran等前后处理器； 被优化区域内支持实体、膜、板、壳等单元，非优化区域支持求解器所支持的所有单元类型； 支持材料非线性、几何大变形和接触非线性优化分析； 能通过后处理输入CAD文件格式，其中包括stl格式和igs格式等。从而实现新产品开发在CAD/CAE 系统中从概念到成品的闭环优化设计过程； 网格自适应功能，提高求解效率； 能定义加工工艺约束，包括拔模、铸造、冲压、对称等约束等； 在形状优化中无需定义形状基础向量； 支持频率响应和热固耦合场的拓扑优化； 能对优化区域边界的外部及附近区域进行接触定义； 支持并行计算求解； 支持Unix和NT等多操作系统