关于ANSYS和Tosca中关于结构优化功能比较 - caedacomcn

ANSYS优化算法在钢结构优化设计中的应用对比分析摘要：本文利用大型通用有限元软件ansys对某住宅钢结构进行优化设计。

在保证结构安全可靠的前提下，合理有效地降低结构的用钢量，取得良好的经济效益。

对零阶与一阶优化算法在住宅钢结构优化设计中的具体实现方法进行了探讨，对两种算法的准确性和计算效率进行了对比分析, 提出了应用建议。

关键词：ansys、住宅钢结构、零阶优化算法、一阶优化算法、优化设计中图分类号： n945.15 文献标识码： a 文章编号：现代科学技术的高速发展，以及人们对住宅功能齐全、使用方便、居住舒适、安全节能等方面的要求，使钢结构住宅逐步替代传统木结构、砖混结构和钢筋混凝土结构住宅，成为住宅产业的一只新生力量。

在钢结构工程中，钢材的用量是非常巨大的，这其中不免会存在材料安全储备太高，过于浪费的情况。

住宅钢结构的优化设计是在保证结构安全可靠的前提下，合理的利用钢材，尽最大可能的减少用钢量，从而实现降低工程造价的目的。

本文的研究依托于ansys软件兼有有限元分析和优化设计的技术优势，利用零阶和一阶优化算法，针对某多层住宅钢结构展开优化设计，并对两种算法进行了优化效果比较。

一、ansys的优化算法ansys提供了两种优化算法，ansys对这两种方法提供了一系列的“分析—评估—修正”的循环过程，即对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正，这一循环过程重复进行，直到所有的设计要求都满足为止。

1.1 零阶优化算法该方法仅需要因变量的数值，而不需要其导数信息。

因变量（目标函数及状态函数）首先通过最小二乘拟合值近似，而约束极小化问题用罚函数转换成无约束问题，极小化过程在近似的罚函数上进行迭代，直至获得解得收敛。

1.2 一阶优化算法该方法计算并利用导数信息进行优化。

约束优化问题通过罚函数转换成无约束优化，对目标函数及状态变量的罚函数计算导数，形成设计空间中的搜索方向。

在每次迭代中，实施最速下降及对偶方向搜索直至达到收敛。

利用ANSYS进行优化设计时的几种优化算法本文探讨了利用ANSYS进行优化设计时的几种优化算法。

优化技术理解计算机程序的算法总是很有用的，尤其是在优化设计中。

在这一部分中，将提供对下列方法的说明：零阶方法，一阶方法，随机搜索法，等步长搜索法，乘子计算法和最优梯度法。

(更多的细节参见ANSYS Theory Reference 第20章。

)零阶方法零阶方法之所以称为零阶方法是由于它只用到因变量而不用到它的偏导数。

在零阶方法中有两个重要的概念：目标函数和状态变量的逼近方法，由约束的优化问题转换为非约束的优化问题。

逼近方法：本方法中，程序用曲线拟合来建立目标函数和设计变量之间的关系。

这是通过用几个设计变量序列计算目标函数然后求得各数据点间最小平方实现的。

该结果曲线(或平面)叫做逼近。

每次优化循环生成一个新的数据点，目标函数就完成一次更新。

实际上是逼近被求解最小值而并非目标函数。

状态变量也是同样处理的。

每个状态变量都生成一个逼近并在每次循环后更新。

用户可以控制优化近似的逼近曲线。

可以指定线性拟合，平方拟合或平方差拟合。

缺省情况下，用平方差拟合目标函数，用平方拟合状态变量。

用下列方法实现该控制功能：Command: OPEQNGUI: Main Menu>Design Opt>Method/ToolOPEQN同样可以控制设计数据点在形成逼近时如何加权;见ANSYS Theory Reference。

转换为非约束问题状态变量和设计变量的数值范围约束了设计，优化问题就成为约束的优化问题。

ANSYS程序将其转化为非约束问题，因为后者的最小化方法比前者更有效率。

转换是通过对目标函数逼近加罚函数的方法计入所加约束的。

搜索非约束目标函数的逼近是在每次迭代中用Sequential Unconstrained Minimization Technique(SUMT) 实现的。

收敛检查在每次循环结束时都要进行收敛检查。

网架结构不同设计软件静力性能对比分析佚名【摘要】Taked two-way slab of frame with 54 m span forinstance,combined with the general finite element software ANSYS in the world,both TWCAD and 3D3S softwares were used to compare maximum deflection and maximum axial force of each side of a hinged to each side fully hinged,this article put forward the optimal boundary arrangementand the most reasonable bearing arrangement number under different boundary conditions. At the same time,it compares the calculation difference of various softwares,to achieve the purpose of cost savings and increasing the space of structures.%以计算跨度为54 m的双向平板网架为例，分别运用TWCAD和3D3S软件，并结合国际通用的有限元软件ANSYS分析了每边1个铰接至每边全铰接下结构的最大挠度和最大轴力，提出了结构最合理的支座布置数目和最优边界布置形式，同时对比了各种软件的计算差异，以达到节约成本及增加结构空间的目的。

【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)026【总页数】3页(P44-45,46)【关键词】平板网架;TWCAD;3D3S;ANSYS【正文语种】中文【中图分类】TU323.41 概述网架结构[1-3]具有自重轻、刚度大、受力合理、工期短等诸多优点，广泛应用于体育场馆、影剧院和工业车间等各类建筑结构中。

第5卷 第3期 中 国 水 运 Vol.5 No.3 2007年 3月 China Water Transport March 2007收稿日期：2007-3-15作者简介：余联庆 男（1972-） 武汉科技学院工业工程系 讲师 （430074） 研究方向：机械动力学、机械系统仿真技术基金项目：本文获湖北省教育厅教学研究项目“机械类计算机仿真技术课程体系与实践研究（20050326）”ANSYS 在结构优化设计中的应用余联庆 梅顺齐 杜利珍 饶 成摘 要：由于优化设计的基础理论涉及面较广，对设计人员的数学能力要求较高。

为了帮助设计人员更好地理解抽象的优化理论，提高其实际动手能力，本文介绍了如何利用有限元分析软件进行结构优化设计，建立了基于ANSYS 的结构优化设计流程图。

最后通过一个工程实例加以说明。

关键词：优化设计 ANSYS 有限元分析中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）03-0076-02一、引言优化设计是在数学规划的基础上发展起来的一门交叉学科，随着电子计算机的引入，它已迅速发展成为一种有效的新型工程设计方法。

机械结构设计应用优化设计方法较传统的设计方法一般可节省材料7~40%，并可获得最佳的结构尺寸。

近年来，基因（遗传）算法、猴王算法及模拟退火算法等新型算法又相继引入优化设计领域，扩大了优化设计的基础理论涉及面，对学生的数学基础要求也越来越高。

当设计人员在面对这些种类繁多而且抽象的优化理论时，普遍出现困难情绪。

在优化设计中引入计算机和成熟的商品软件，使结构优化设计的求解程序化、可视化，激发设计人员的求解兴趣，使得传统的优化设计增添了新的活力。

本文介绍了有限元分析软件ANSYS 在结构优化设计中的应用，使概念更具体化和形象化，提高了设计人员分析问题的基本技能和计算机操作与软件应用的能力。

二、结构优化设计的数学模型一般说来，优化设计方法不仅要求设计人员要了解所求解问题的工程背景，将设计问题转化为某种优化模型，而且还要懂得利用一门计算机编程语言来实现某种算法，这样他才能够完成优化设计。

有限元分析软件有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。

它是50 年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。

有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS 在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC 进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。

目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA 以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。

ANSYS 是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。

AB AQUS 专注结构分析目前没有流体模块。

MSC 是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。

ADINA 是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。

结构分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSCABAQUS 软件与ANSYS 软件的对比分析：1．在世界范围内的知名度：两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。

ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。

ABAQUS 软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。

由于ANSYS 产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS 的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS 软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。

第一章ANSYS与结构分析1.1 ANSYS功能与软件结构工程和制造业的生命力在于产品的创新，而计算机的发展和广泛应用大大提高了产品开发、设计、分析和制造的效率和产品性能，用计算机对设计产品实时或进行随后的分析称为计算机辅助工程。

即CAE（Computer Aided Engineering）。

该技术是由计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术，它涉及计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术等学科。

随着有限元理论和计算机硬件的发展，CAJ软件和技术越来越成熟，已逐渐成为工程师实现工程创新和产品创新的得力助手和有效工具。

大型通用CAE软件可对多种类型功能和产品物理力学性能进行分析，其应用范围及其广泛，如ANSYS、ADINA、NASTRAN、MARC、ABAQUS、ADAMS、I-DEAS、SAP 等。

ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和热场分析于一体的大型大型通用有限元分析软件，可广泛应用于土木、地质、矿业、材料、机械、仪器仪表、热工电子、水利、生物医学和原子能等工程的分析和科学研究。

它可在大多数计算机和操作系统（如Windows、UNIX、Linux、HP-UX等）中运行，可与大多数CAD软件接口。

1970年，Dr.John.Swanson成立了Swanson Analysis System，Inc，后来重组后改称AN-SYS公司，总部设在美国宾西法尼亚州的匹兹堡。

近几年来，ANSYS 软件发展迅速，功能不断增强，目前最高版本为11.0beta。

1.1.1 ANSYS软件的技术特点ANSYS的主要技术特点如下：（1）强大的建模能力：仅靠ANSYS本身就可建立各种复杂的几何模型，可采用自底向上、自顶向下或两者混合建模方法，通过各种布尔运算和操作建立所需几何实体。

（2）强大的求解能力：ANSYS提供了数种求解器，主要类型有迭代求解器（预条件共轭梯度、雅可比共轭梯度、不完全共轭梯度），直接求解器（波前、稀疏矩阵）、特征值求解法（分块Lanczos法、子空间法、凝聚发、QR阻尼法）、并行求解器(分布式并行、代数多重网格)等,用户可根据问题类型选择合适的求解器。

ANSYS优化方法与遗传算法在结构优化方面的比较
杨周妮;吴作伟;雷铁安
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2004(023)007
【摘要】以十杆桁架结构重量最轻的优化问题为基础,比较了遗传寻优结果与ANSYS(优化模块使用的是传统的优化方法)优化结果,数据对比分析结果表明,遗传算法在离散变量的结构优化方面比传统方法更容易找到全局性优化解.
【总页数】4页(P4-6,12)
【作者】杨周妮;吴作伟;雷铁安
【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京,100044;北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京,100044;北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】O232
【相关文献】
1.基于ANSYS的沥青路面结构优化方法研究 [J], 马士宾;虞秋富;李泽;曹利荣
2.基于ANSYS二次开发技术的改进遗传算法在结构优化设计中的应用 [J], 盛鹰;易丽清;魏泳涛
3.基于遗传算法与ANSYS的结构优化方法研究 [J], 耿贺松;陈博文;李明伟;杨璨
4.基于遗传算法与ANSYS的结构优化方法研究 [J], 耿贺松; 陈博文; 李明伟; 杨璨
5.基于改进遗传算法的双向渐进结构优化方法研究 [J], 吴贝尼;夏利娟
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结构ansys优化的原理ANSYS 是一个广泛使用的工程仿真软件，提供了许多优化工具和技术，以帮助工程师改进产品设计并满足特定的性能指标。

在 ANSYS 中进行优化的原理大致包括以下几个步骤：1. 建模与分析：首先，工程师需要在 ANSYS 中建立一个合适的模型，该模型描述了所需优化的系统或组件。

这可以是一个结构、一个流体系统、电气设备等等。

然后，通过施加特定的边界条件和加载来模拟实际工作条件，并进行仿真分析以获得模型的响应。

2. 定义优化目标和约束：在进行优化之前，需要明确定义优化的目标，例如最小化重量、最大化强度、优化流体流动的效率等。

同时，还需要确定可能的约束条件，如最大应力、最小挠度、特定的几何限制等。

3. 设计变量的定义：工程师需要确定哪些设计变量可以改变以实现优化目标。

这可能包括几何参数 如尺寸、形状）、材料特性、加载条件等。

这些变量的范围和约束条件也需要在此阶段定义。

4. 优化算法的选择：ANSYS 提供了多种优化算法，包括梯度法、遗传算法、粒子群优化等。

工程师需要根据问题的复杂性、设计空间的特点以及计算资源等因素选择合适的优化算法。

5. 执行优化和迭代：一旦设置好优化问题，工程师就可以让 ANSYS 开始执行优化计算。

软件会根据选定的优化算法，在设计空间中搜索最优解。

这通常需要进行多次迭代，每次迭代都会根据优化算法的结果更新设计变量，直到满足设定的优化目标和约束条件。

6. 结果分析：最后，工程师需要对优化后的结果进行分析。

他们会评估优化后的设计是否满足了设定的性能指标，并检查是否存在潜在的改进空间。

在确认最终结果后，可能会对优化后的设计进行验证和进一步的工程分析。

总的来说，ANSYS 中的优化原理涉及到建立模型、定义目标和约束、选择设计变量、选择优化算法、执行优化迭代和分析结果等多个步骤，以帮助工程师改进产品设计并实现特定的性能要求。

文章编号:100926825(2011)0420018202两种ANSYS 有限元建模方法在某框架结构中的对比收稿日期:2010210216作者简介:贺林林(19832),女,重庆交通大学河海学院硕士研究生,重庆　400074刘　洋(19822),男,重庆交通大学河海学院博士研究生,工程师,长江科学院重庆岩基研究中心,重庆　400000贺林林　刘　洋摘　要:简要介绍了ANSYS 实体建模及梁单元建模的单元类型及选择,通过对简单框架结构建模分析了实体建模与梁单元建模两种方法的优缺点,提出实际的结构计算中应根据需要选择合适的建模类型,以使ANSYS 这一软件更好地应用于空间结构有限元计算。

关键词:ANSYS 有限元,框架结构,实体模型,梁单元模型中图分类号:T U323.5文献标识码:A0　引言随着结构工程的发展,有限单元法(FE M )已成为分析各种结构问题的强有力的使用工具。

ANSYS 软件是美国ANSYS 公司开发的新一代大型通用有限元分析程序,它拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器,能高效地求解各类结构计算问题。

AN 2SYS 软件是第一个通过I S O9001质量认证的大型分析设计类软件,是美国机械工程师协会(AS ME )、美国核安全局(NQA )及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。

在国内是第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用的。

在ANSYS 数据库中,提供了超过100种单元类型,每种都有其自身的特点,要选择适合结构本身特点的单元形式,还是比较困难的[1,2]。

本文结合某简单框架的结构特点,采用实体建模和梁单元建模两种方式,根据建模结果对两种建模方式进行了分析比较。

1　ANS Y S 实体建模的介绍ANSYS 程序提供了两种实体建模方法:自顶向下和自底向上。

自顶向下进行实体建模时,用户定义一个模型的最高级图元,如球、棱柱,称为基元,程序自动定义相关的面、线和关键点,用户可以利用这些高级图元直接构造几何模型。

ANSYS优化方法在结构设计中的应用田旺生，杨明旺，李黎霞（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）摘要：传统的结构设计，首先是凭借经验和判断做出结构的初始方案，包括总体布置、材料选择、结构尺寸和制造工艺等，然后进行结构分析，最后在力学分析的基础上校验其可行或不可行，必要时则进行多次方案修改。

在这样的设计程序中，结构分析只起到一种保证安全可行的校核作用。

而利用ANSYS进行优化设计分析，一次计算即可完成结构的应力和寻优计算，不但完成了结构计算，满足了设计规定的约束条件，且实现了目标最优。

本文重点介绍ANSYS软件的结构优化功能，通过APDL语言编程进行实例分析，说明优化设计在节省材料及结构设计方面的作用。

关键词：ANSYS；结构分析；优化设计；应力；位移1引言传统结构设计首先是凭经验做出结构的初始方案，然后进行力学校核，必要时进行多次方案修改，其主要缺点是重分析、重校核过程的次数太多，工作量太大而难以承受，难以找到合理的材料分布，不易做出较理想的既经济又安全的设计方案，所以说传统结构设计已难以满足工程的需要。

优化设计方法是现代设计方法的一种，是一种寻找结构最优设计方案的技术，所谓“优化设计”，指的是一种方案在满足所有设计要求的条件下所需的支出（如重量、面积、应力、费用等）最小，也就是说，优化设计方案就是一个最有效率的方案。

优化设计涉及的变量主要有3个：设计变量，状态变量，目标函数[1]。

设计变量（比如尺寸）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。

状态变量（比如应力）是约束设计的数值，它们是“因变量”，是设计变量的函数。

目标函数（比如重量）是要尽量减小的数值。

优化设计的主要目的是求出一个或数个设计变量，使得目标函数值最小，并且这些解必须满足限制条件或设计参数。

换言之，优化设计是在限制条件的范围内，寻求目标函数的最小值，而限制条件视问题实际需求而定。

2优化设计方法在节省材料方面的应用场地施工需要配备2个营救吊篮，当人员在高处受伤或在高处被困需要营救时能及时将其转移至地面。

关于ANSYS和Tosca中结构优化功能比较（精）关于ANSYS和T osca中结构优化功能比较ANSYS:功能模块：Design SpaceDesignXplorer?DesignXplorer VT各模块的功能：ANSYS DesignSpace完成结构的初始有限元分析功能DesignXplorer?读取DesignSpace分析结果，实现了结构的优化功能，DesignSpace 合用。

DesignXplorer VT DesignXplorer?的扩展功能，主要体现在多目标优化上。

而DesignXplorer?为单一目标优化，从算法上看，由传统的DOE算法向VT变分算法扩展。

小结ANSYS的该项功能：优点，成统一体系，从分析到优化，在封闭的环境内完成。

分析面广，不仅涉及到了结构的优化，而且可以进行数据优化。

缺点，是网格划分功能不强，自适应能力差。

优化选择空间范围广，但操作复杂，需要有一定的背景知识。

宣传的商用案例：无Tosca:功能模块：TOSCA.guiTOSCA.topologyTOSCA.shapeTOSCA.smooth各模块的功能：TOSCA.gui 实现前后处理功能，同ANSYS，Nastran，Abaqus，I-Deas 的前后处理器相连接，将CAD几何建模数据调用有限元求解器ANSYS，Nastran，Abaqus，I-Deas，进行求解，求解结果在TOSCA.topology中进行优化设计，优化结果还可以重新传回TOSCA.gui进行结构分析，来反复优化。

优点：主要进行结构拓扑分析和形状优化设计，目标确定。

网格自动划分功能强大，因此可以保证较高的求解精度。

优化采用无参优化方法。

算法稳定快速（但具体算法不详）。

具有优化-光滑细化-分析-结构优化的多流程作业，因此，应用程度相对较高，而实际操作难度可能很小（因为目标明确）缺点：自己本身没有结构分析功能（有限元求解器），需要同其他的有限元软件配合使用。

Ansys系列软件的独特CAE优势众所周知，ANSYS公司是目前世界上最大的CAE软件公司。

其产品线比较完备。

下面介绍一些ANSYS分析体系与其他CAE软件相比的优势优势一：协同ANSYS Workbench作为世界唯一一款协同仿真平台，旨在搭建基于网络的仿真工作统一环境，将百家争鸣的仿真技术和纷繁复杂的仿真数据完美整合，与仿真相关的人、部门、技术及数据在统一环境中协同工作。

在中国航空、航天、船舶这样的高科技行业，企业或研究所通常会拥有多种商业CAE程序甚至自己开发一些小型CAE软件，协同仿真环境将为他们整合仿真技术提供极大方便。

优势二：多物理场仿真CAE技术涵盖了计算结构力学、计算流体力学、计算电磁学等诸多学科专业，而象飞机、船舶等大型工业产品的设计对这几个学科专业都有强烈的耦合场分析需求。

一般的CAE软件通常都只能解决某个学科的问题，用户需要配置一系列由不同公司开发的、具有不同应用领域的软件组合起来以解决其实际工程问题。

这不但增加了用户投资，而且很多耦合场问题会由于不同软件间不能有效准确地传递数据而无法真正实现耦合仿真计算。

能否真正完成全面耦合场分析，已经成为现代CAE软件所追求的目标。

ANSYS软件作为融结构、电磁、热、流体分析技术于一身的强大仿真系统，不但拥有为业界认可的强大的单场分析模块，而且由于出自同一家公司的模块，数据传输不存在瓶颈，各场之间的耦合分析能力是任何一家CAE技术提供商所不能企及的。

优势三：双向参数互动CAE软件必须可以直接使用CAD生成的模型已经成为业界共识。

目前，其他CAE软件一直在延续使用“模型数据单向传递”方式。

为了满足现代并行设计、快速设计的要求，ANSYS引入“双向参数互动”技术。

双向参数互动是指：CAD模型传到CAE软件后，CAE软件继承CAD模型的原有参数;CAD修改模型参数之后，CAE软件只需刷新即可得到来自CAD模型的新参数，从而更新模型，但CAE 软件中的网格和载荷设置不发生变化，可直接求解;CAE软件可直接根据分析结果对设计参数直接进行必要的修改，或利用优化设计功能得到最优设计参数后，在CAD中只需刷新操作便更新模型。

基于ANSYS二次开发的结构拓扑优化牟淑志;杜春江;牟福元【摘要】将先进的结构拓扑优化思想与成熟的有限元分析软件ANSYS相结合,基于ANSYS二次开发语言APDL和UIDL编制了结构拓扑优化程序,解决了ANSYS 自带的拓扑优化模块中单元类型受限及不能应用于桁架结构优化的问题,充分利用ANSYS丰富的单元类型、强大的计算和后处理能力,有利于促进结构拓扑优化的应用和研究,拓宽ANSYS软件在结构拓扑优化方面的应用领域.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2010(027)002【总页数】3页(P228-230)【关键词】ANSYS 二次开发;拓扑优化;APDL;UIDL【作者】牟淑志;杜春江;牟福元【作者单位】金陵科技学院机电学院,江苏,南京,211169;南京理工大学机械工程学院,江苏,南京,210094;金陵科技学院机电学院,江苏,南京,211169【正文语种】中文0 引言连续体结构拓扑优化是继结构的尺寸优化和形状优化之后在结构优化领域出现的又一新的研究方向［1］。

相对于传统的尺寸优化和形状优化，拓扑优化处于结构的概念设计阶段，其结果是一切后续优化设计的基础，因而结构拓扑优化能够取得更大的经济效益，对于工程设计具有更重要的意义。

目前具有拓扑优化功能的软件主要有ANSYS、HyperWorks/OPTISTRUT、TOSCA等。

ANSYS软件中本身附带有结构拓扑优化模块，但只能应用于有限的五种单元类型［2］:两类平面板单元，PLANE2和PLANE82;两类实体单元SOLID92和SOLID95;以及一类壳单元SHELL93，而且只能解决连续体结构问题，具有一定的局限性。

本文介绍了基于变密度法和优化准则法的拓扑优化方法机理，基于ANSYS参数化设计语言APDL编制了体积约束下结构刚度最大化的结构拓扑优化程序，解决了ANSYS自带的拓扑优化模块中单元类型受限及不能应用于桁架结构优化的问题，利用界面开发语言UIDL完成了参数输入界面的设计。

结构优化设计中的自动化工具与方法在现代工程领域中，结构优化设计扮演着至关重要的角色。

它不仅能够提高结构的性能和可靠性，还能降低成本和资源消耗。

随着科技的不断进步，自动化工具和方法在结构优化设计中的应用越来越广泛，为工程师们提供了更高效、更精确的解决方案。

一、自动化工具在结构优化设计中的应用1、有限元分析软件有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）软件是结构优化设计中最常用的自动化工具之一。

它通过将复杂的结构离散化为有限个单元，并对这些单元进行力学分析，从而预测结构在不同载荷和边界条件下的响应。

工程师可以利用有限元分析软件快速评估各种设计方案的可行性和性能，为优化设计提供基础数据。

常见的有限元分析软件如 ANSYS、ABAQUS、NASTRAN 等，它们具有强大的建模、分析和后处理功能。

通过这些软件，工程师可以对结构的强度、刚度、稳定性、振动特性等进行详细分析，发现潜在的问题和薄弱环节，并据此进行优化改进。

2、参数化建模工具参数化建模工具可以帮助工程师快速创建和修改结构模型，并通过定义参数来控制模型的几何形状和尺寸。

这样，在进行优化设计时，可以方便地调整参数值，实现设计方案的自动更新和评估。

例如，SolidWorks、CATIA 等 CAD 软件中的参数化建模功能，允许工程师定义尺寸、形状、位置等参数，并通过关联关系实现模型的自动更新。

这大大提高了设计效率，尤其是在需要对多个设计变量进行优化时。

3、优化算法软件优化算法软件是实现结构优化设计自动化的核心工具。

它们能够根据设定的目标函数和约束条件，自动搜索最优的设计方案。

常见的优化算法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。

这些优化算法软件可以与有限元分析软件和参数化建模工具相结合，形成一个完整的结构优化设计流程。

工程师只需输入设计要求和参数范围，软件就能够自动进行大量的计算和迭代，最终找到满足要求的最优解。

二、自动化方法在结构优化设计中的应用1、拓扑优化拓扑优化是一种在给定设计空间和载荷条件下，寻找最优材料分布的方法。

结构优化设计软件Tosca初探
CAEDA
【期刊名称】《《CAD/CAM与制造业信息化》》
【年(卷),期】2008(000)011
【摘要】为了适应愈加残酷的市场竞争、满足工业产品技术发展的要求,需要借助结构优化软件工具缩短产品开发周期、节约开发成本并提高产品质量,从而达到全面提升企业竞争力目的。

Tosca系统是德国Fe-design公司开发的结构优化设计软件,目前已被广泛应用于汽车、航空和机械制造等众多领域,并被奥迪、宝马等世界知名公司用作其进行产品虚拟开发的软件工具。

【总页数】2页(P50-51)
【作者】CAEDA
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.优秀的结构优化设计软件Tosca [J],
2.基于三维设计软件的矿用测斜仪结构优化设计 [J], 赵民;乌效鸣;李炯;陈婷
3.优秀的结构优化设计软件Tosca [J], CAEDA公司
4.基于ABAQUS与TOSCA的汽车前桥结构优化设计 [J], 马瑞雪;王欣;覃祯员;张科峰
5.优秀的结构优化设计软件--Tosca [J],
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第35卷　第2期2009年4月四川建筑科学研究Sichuan Building Science 收稿日期:2007208213作者简介:张晋芳(1982-),女,山西和顺人,博士研究生,研究方向为新型建筑体系设计理论与实践。

E -ma il:buju@mars .s wjtu .edu .cn基于ANSYS 的渐进结构拓扑优化方法比较张晋芳,赵人达(西南交通大学土木工程学院,四川成都　610031)摘　要:以大型有限元通用软件ANSYS 作为平台进行二次开发,探索基于渐进结构优化方法的结构拓扑优化途径。

通过直接删除单元和运用单元生死技术,发展了两种实现结构拓扑优化的途径,并与ANSYS 自带的结构拓扑优化功能进行比较研究。

结果表明,直接删除法和单元生死法均可用于工程实际,运用单元生死技术进行基于ES O 的结构拓扑优化有更大的灵活性和实用性。

关键词:ANSYS;拓扑优化;ES O;比较中图分类号:T U17 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2009)02-035-06Co mparison of evoluti onary structural topology optim i zati on methods based on ANS YSZHANG J infang,ZHAO Renda(South west J iaot ong University,Chengdu 610031,China )Abstract:Based on second devel opment of ANSYS,authors exp l ore t opol ogy op ti m izati on methods based on ES O.T wo methods of struc 2tural t opol ogy op ti m izati on are devel oped,i .e .ele ment deleted method and ele ment killed method .By comparing with t opol ogy op ti m iza 2ti on module of ANSYS,the results show that element deleted method and element killed method can be app lied in engineering p ractice,and structural t opol ogy op ti m izati on based on ele ment killed method has more flexibility and adap tability .Key words:ANSYS;t opol ogy op ti m izati on;ES O;comparis on0　引　言拓扑优化自1904年M ichell 在桁架理论中首次提出以后,得到了很大的发展。