TOSCA—结构优化

tosca structure拓扑方法
TOSCA Structure是一款标准无参结构优化系统，可以对具有任意载荷工
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，可以直接使用已经存在的有限元模型。

TOSCA Structure的拓扑方法主要包括以下步骤：
1. 确定优化目标和约束条件：根据实际需求，确定优化目标，如刚度最大化、质量最小化等，并设置相应的约束条件，如体积比、最大/最小厚度等。

2. 建立有限元模型：根据实际结构，建立相应的有限元模型，包括几何模型、材料属性、边界条件等。

3. 定义设计变量：选择需要优化的设计变量，如节点坐标、截面尺寸等。

4. 确定优化算法：根据实际情况，选择合适的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。

5. 运行优化：将以上信息输入TOSCA Structure中，运行优化程序，得到
最优解。

6. 结果分析：对最优解进行详细的分析，如应力分布、应变分布等，并根据分析结果进行结构优化设计。

总之，TOSCA Structure的拓扑方法是一种高效、精确的结构优化方法，可以帮助工程师快速找到最优的结构设计方案。

结构优化设计流程（拓扑）应用技术培训预约邀请信尊敬女士/先生:诚邀您参加Kingswell-CAEDA技术支持中心近期举办的“结构优化设计流程（拓扑）应用技术培训班”，本次培训主要讲述德国拓扑优化软件TOSCA+n/Nastran进行拓扑优化在概念设计阶段中的应用。

目前国际上许多工程专家和设计人员认识到，在产品设计中的概念设计阶段，是对产品的最终性能影响最大的阶段，但同时又是综合花费又最低的阶段，因此对概念设计阶段的“优化”显得特别重要，目前利用拓扑优化方法进行产品优化，已经得到许多企业的成功应用。

先进的拓扑优化软件TOSCA在产品概念设计开发阶段对产品进行了拓扑最优化处理，同时结合有限元FEA软件进行分析,可以使得产品的最终性能达到最优化，大大的降低了产品开发的费用，缩短产品开发周期，增强了竞争力。

培训目标:此次培训目的是让学员了解拓扑优化的概念和具体实现方法,掌握利用TOSCA+NASTRAN软件对产品进行拓扑优化设计的整个流程，最终让大家能在具体的工作中通过拓扑优化设计实现产品性能的最优化。

培训内容:拓扑优化的概念与实现，拓扑优化限制条件，拓扑优化后处理(平滑化)，与有限元接口，与CAD接口，以上有各种例子练习。

培训时间:2007年Q1（周六），9：00-17：00地点:北京，CAEDA培训教室（具体确认后通知）费用:600/人提供午餐和教材，请自带笔记本电脑联网做练习用报名办法：请用EMAIL发至: ,发传真至:010-6847 7947（赵女士），我们将与你们再次确认，为保证培训辅导效果，人数限定在10人以内。

如报名确认后而不能如期参加，请尽早通知，以免影响日后参加的机会。

参加对象：本次培训面向从事结构优化设计的相关人员，有结构FEA软件基础知识者即可。

有关德国TOSCA软件背景技术介绍，请登陆：.cn。

**请将以下表格传真回，手机：单位名称：_________________________________________________________________ 本单位希望预约参加近期一天的“TOSCA+NASTRAN/PATRAN拓扑优化培训”联络电话：________________，传真号码：________________，参加人数：_______ 姓名：_________________，职位：________________，Email：__________________ 姓名：_________________，姓名：________________对培训还有什么建议请提出：。

用Tosca求解带接触边界条件的拓扑和外形优化问题王立朋编译，CAEDA公司1.背景介绍1.1Tosca最优化系统Tosca是标准的非参数优化系统，可以对有限元模型进行任意载荷和约束条件的拓扑、外形优化及薄壁结构条纹优化。

Tosca在优化过程中无需对模型进行参数化，这就大大减少了工作量提高了最优化结构的适应性。

其基于力学最优化标准的优化算法使其优化过程快速而稳定。

使用Tosca进行结构最优化设计是一个反复迭代的过程，在每一个迭代步中都采用外部的有限元求解器计算结构的力学响应。

通过采用业界认可的标准求解器而获得高质量的计算结果，这些求解器包括：ABAQUS，ANSYS，I-DEAS以及MSC.NASTRAN、MARC等。

这样做的另一大优点是用户可以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，现有的有限元模型可以直接应用于优化计算中。

通过Tosca内部各程序的相互作用可以完成新产品结构CAD/CAE系统中从概念到成品的闭环优化设计过程。

如图1所示。

图1 Tosca最优化设计分析流程图1.2带边界条件的结构优化问题在一个新零件的设计过程中，通常不会给定精确的边界条件，这就可能会出现涉及接触问题的非线性接触条件问题。

在零部件优化迭代过程中随着几何外形的不断修正，接触条件和传力路径都会有所变化，因此必须考虑到接触条件的影响。

一个简单的方法是将接触条件简化为节点力，但这将导致出现不理想的优化分析结果，况且，这是一个耗时耗力的过程，是在快速、高效的开发过程中必须尽量避免的。

因此，在结构最优化设计的优化区域允许添加直接的接触条件是大势所趋。

Tosca的建模方式使得我们能够像往常那样在各种有限元求解器中处理这个问题。

使用者首先基于自己使用的求解器建立带所需接触条件的分析模型，然后定义优化任务。

在优化算法中无需专门处理模型中已存在的接触条件。

通过接触力及其结果应力，接触问题就被隐含在了最优化过程当中。

目录•引言•ANSAForTosca基础•几何建模与网格划分•有限元分析与求解•优化算法与策略•高级功能与应用•总结与展望引言目的和背景01掌握ANSAForTosca优化的基本概念和原理02学习ANSAForTosca优化的基本操作和技巧03了解ANSAForTosca优化在工程领域的应用和案例04提高自身在结构优化领域的水平和竞争力课程内容概述010203结构优化基本概念和原理ANSAForTosca 优化建模及求解流程ANSAForTosca 优化软件介绍及基本操作01020304灵敏度分析及优化结果解读工程案例分析与实战演练高级功能介绍及使用技巧课程总结和展望未来发展课程内容概述ANSAForTosca基础ANSAForTosca是一款专门用于拓扑优化的软件，旨在帮助工程师在设计阶段实现轻量化和高效能的结构设计。

该软件集成了先进的拓扑优化算法和丰富的工程经验，能够快速生成符合设计要求的最优结构。

ANSAForTosca支持多种CAD和CAE软件接口，方便用户进行数据交换和协同工作。

010203 ANSAForTosca简介01安装步骤02下载ANSAForTosca安装包，并解压到指定目录。

03运行安装程序，按照提示完成安装过程。

•配置软件环境变量，以便在命令行中启动ANSAForTosca。

01 02 03启动方法在命令行中输入ANSAForTosca命令，启动软件。

在图形界面中双击ANSAForTosca图标，启动软件。

安装与启动基本操作界面主界面显示软件的主要功能和操作选项，包括文件管理、模型导入、参数设置等。

几何建模与网格划分几何建模方法直接建模法通过点、线、面等基本元素直接构建几何模型，适用于简单模型。

参数化建模法通过定义参数和约束条件来构建几何模型，适用于复杂模型。

曲面建模法通过构建曲面来模拟实际物体的表面形状，适用于流线型物体。

将计算区域划分为规则的网格，适用于简单模型。

结构化网格划分根据模型的几何形状自动划分网格，适用于复杂模型。

用ABAQUS和Tosca对凸轮轴减震器进行优化设计Kingswell-CAEDA技术支持中心编译在橡胶-金属组件的开发过程中，利用优化方法结合非线性分析可以在保证产品性能的前提下充分利用材料性能，并减少开发周期。

拓扑优化和形状优化技术现在已经成功地应用在开发过程中的线性问题上，但还很少见到成功用于非线性问题上。

凸轮轴减震器项目是和（德国）联邦教育研究部（BMBF）一起合作的项目，结合Tosca 和ABAQUS两个软件，在非线性分析过程中考虑拓扑优化和非参数形状优化。

在这个例子中，客户的主要目标是在承受扭转应力的凸轮轴减震器的橡胶片上个装配孔，以便于安装。

没有装配孔的凸轮轴减震器满足刚度和寿命要求，现在用其作为参考部件，希望有装配孔的新部件的刚度和寿命保持和参考部件一致。

利用给定的设计空间，采用拓扑和形状优化，在一个较短时间内得到了一个优化设计方案，计算表明本方案不仅和参考部件有相同的刚度，且其最大应力和应变都没有超过参考部件，因此有更高的寿命。

在拓扑优化和形状优化中可以考虑材料非线性以及几何非线性，可以充分利用材料性能。

在优化结束的同时就得到了新部件的设计方案且已经通过寿命检测试验。

作为先期研究，凸轮轴减震器的设计被证明是非常成功的，这些方法会在将来的开发过程中得到推广，也可能成为一种标准设计方法。

1.简介1.1.组件描述凸轮轴减震器是一个橡胶-金属组件结构，在振动过程中承受扭转应力。

关于它的功能，可以对比曲轴中的扭转震动阻尼器。

从图1. 可以看出，凸轮轴和曲轴的共振在阻尼器作用下减小了。

图 1 震动阻尼器共振图在这个例子里，已经通过寿命检测试验的均匀、连续橡胶材料的凸轮轴减震器将要被修改。

由于装配要求其在一个特定的位置开一最小直径的装配孔，并且在修改过程中不能改变其寿命和刚度。

新的设计借助有限元分析和优化方法来避免应力的增加和寿命的减少，并且不用创建许多样件。

但在设计的开始阶段并不能确定能否满足所有要求，比如寿命和刚度要求，因此需要进行估算。