TOSCA—结构优化
树优公司-TOSCA-结构形状优化培训教程-1
geometry • The signed absolute optimization displacement amount is determined by the
Stress reduction of 25 % required!
2012/5/19
Possible Solutions:
(1) Parameter free shape optimization using TOSCA Structure
(2) Change of the Radius of the contour
5
4 LLooaaddcacsea2se 1
LoadLcoaadscaese21
3
2
1
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Optimized Design
2012/5/19
• 公司成员大多具有长期的工程经验，是中国最专业的工程设计优化团队之一。
总部位于北京高科技园区，在西安、武汉和香港设有分支机构。
北京树优信息技术有限公司
2012/5/19
2
设计、仿真和优化完整解决方案
多学科优化、试验设计 结构拓扑形状优化 流场网格变形优化
2012/5/19
Optimization displacement direction
TOSCA介绍
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Tosca.Topology——拓扑优化模块
Tosca.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，该方 案即可作为一个设计样机，为后期详细 设计过程打下基础。
可设计空间
减少材料、减轻重量 较少试制样机数量
拓扑优化结果
大大缩短新产品开发时间
节约开发、制造成本，提高竞争力
成品
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TOSCA软件形状优化模块采用无参数形状定义技术，即无需 预定义形状变量，自动寻找满足约束条件下的最优形状。同时 采用对称约束、网格平滑技术以保证优化结构的工程可行性。
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拓扑优化理论介绍 基于敏度信息的优化求解算法具有稳健性优点。而不基于敏度 信息的优化求解算法则适用于针对各种不同分析类型。在 TOSCA6.0版本中，大致分为controller 算法（不基于敏度） 和sensitivity算法（基于敏度）两类。 TOSCA敏度算法基于瑞典数学家Svanberg提出的移动近似法 (method of moving asymptoes,MMA)，MMA算法被公认为是 目前拓扑优化中最稳健、通用的算法之一。在TOSCA中，基 于敏度信息的优化求解算法还包括优化准则法(Optimiztion Criteria, OC)，该算法针对单约束问题具有更高的求解效率。 TOSCA控制算法不基于敏度信息，可针对包括几何非线性、 接触非线性等问题进行优化，是目前唯一能处理非线性拓扑优 化问题的通用型软件。
tosca优化资料
图 3 有限元模型导入 第三步，设定优化区域。可以设定已有的单元群组，同时也可生成新的群组。
图 4 有限元模型导入
第四步，设定优化目标，同时设定约束条件。
图 5 设定优化目标 完成了以上步骤之后，可以说就完成了一个简单的优化任务的基本组成设定。可以点击 Finish 结束，同时如果有更多的需求，可以继续完成向导中的设置。 第五步，设定冻结区域。
Tosca—ansys 篇..............................................................................................................64 Tosca 集成 Ansys 教程..............................................................................................64
图 6 冻结区域设定 第六步，设定制造加工工艺约束。
图 7 加工工艺设定
第七步，优化任务的综述。
图 8 优化任务综述 以上，就完成了 TOSCA.wizard 的用户向导。
Tosca 并行计算中的设置问题
TOSCA 具有并行计算与多处理器求解的功并行设置 为了实现并行计算的功能，需要进行相应的设置。打开 TOSCA 安装目录“\SIMULIA\Tosca8.0\bin” 里面的一个 tosca_ctrl.cfg 配置文件，使用文本格式打开后搜索相应的求解器，里面可以设置多 种求解器的设置。此处假如设置的求解器是 abaqus，设置如下语句：${fe_solver_exe} = ""；引 号内输入添加求解器命令，如下图所示：
Tosca 基础篇：
tosca structure拓扑方法
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
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：。
利用TOSCA对某型号叉车支承板优化实例
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T OS CA S t
r uct u r e re
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等几 个模块 组 成
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图2பைடு நூலகம்
80
C A D ／C A M 与 制造 业 信 息化
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o v o c o m
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栏 目主 持 ： 黎艳 投 稿信 箱 ： Li y @ i c a d
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首 先 对 本 单 位 某 型 号 叉 车 的支 承 板 进 行 三 维 建 模
于 有 限 元 网 格 划分
，
，
为便
。
行 结 构分析
通 过 采 用 众 多业 界认 可 的优化 器 进 行 求 解
。
从而
L特征 去 除 不 必 要 的孑
，
，
，
模型如 图3所 示
，
保 证 了 优化结 果 的高 质 量
这 样做 的 另
，
个 陌 生 的软件 环 境
，
。
通 过 T OS CA S t
r u c
~ B各 程
根 据 叉 车支承 板连 接 形 式和 使 用 工 况
界 条件
。
简化 加 载 和 边
序 的相 互 作 用
C A E 系 统 中从 概 念 可 以 完 成 新 产 品 结构在 C A D／
。
在 与 车 架 连 接 处 固定 约 束
洞
足
一
一
。
，
寻 求 结构 的某 种布 局 ( 如 结构有 无 孔
，
、
用ABAQUS和Tosca对凸轮轴减震器进行优化设计
解决问题 的一个可用策略是 下
完全满足刚度要求 和
寿 命 期 望
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。
Ｅｌ；ｏｎ ｒ ａ ｔ ｔｅ ＇
在这个例子 中，已经通过 寿命
部件 ，希 望在 有装 配 孔 的新部 件 有 主要市场。在这些组件的有限元
二、凸轮轴减震器的设计
Ｉ 设计 空间、载荷和边界条件 新的凸轮轴减震器的设计是基
的刚度和寿命保持与参考部件也 分 析 中 ，考虑 非 线性 是 不可 避 免
能一致。
的。在Ｆ ｅ ｄ ｎ ｅ ｇ 司进行非线 ｒ ｕ ｅ ｂ ｒ公
７对三维模型的装 配孔进行 形 ．
（） １估计装配孔对刚度的影响
看作 是 轴对 称 问题 并对 其 进行 拓 状 优 化 现 在 结 合前 面两个 截 面 优化 模 型 的结 果建 立 一个 新 的三 维模
◎建立参考部件的三维模 型， 并对其横截 面进 行网格 划分 ，然后
旋 转 ，建 立三维模型 ；
维普资讯
用Ａ Ａ Ｓ Ｉ ｏ ｃ 对 凸轮轴 ＱＵ ￣ ｓ ａ Ｂ Ｔ
减震器进行优化设计
口 Ｋｎ ｓ ｅ— Ａ Ｄ 技术支持 中心编译 ｉ ｗ ｌＣ Ｅ Ａ ｇ ｌ
凸轮 轴减 震 器 项 目是 和 德 国 免应 力的增加和寿命 的减少 ，并且 线性 问题 的线性化处理 ，然后再进
一
、
简介
有对非线性求解器 （ Ｂ０ Ｓ） 像Ａ Ａ Ｕ 的
接 口，所以Ｆ ｅ ｄ ｎ ｅｇ 司用Ｍ ｃ ｒｕ ｅ ｂｒ公 ｓ．
Ｉ组 件 描 述 ．
用Tosca求解带接触边界条件的拓扑和外形优化问题
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。
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拓扑优化
再设计
2、TOSCA.Shape形状优化
改变局部外貌，从而避免应力集中，增长工件 使用寿命。
3、TOSCA.Beam板筋优化
优化前
优化后
三、分析、比较、总结
发展趋势： 1、改善人机交互环境 2、完善功能 3、在workbench平台上工作。
TOSCA—结构优化
指导老师：权教授 报告人：张生 报告时间：2013.4.18
目录：
一、TOSCA简介
二、功能介绍
三、分析、比较、总结
一、TOSCA简介：
1、历史：德国FE—DESIGN公司（1992年） 于1996年开发的一种结构优化软件。 2、优化类型： 参数优化:OPTIMUS 优化 非参数优化：TOSCA
3、TOSCA在设计中的应用
传统设计 优化后结果
拓扑优化设计空间 CAD 再设计
批量生产
检验
SUZLON 提供
二、功能介绍
1、TOSCA.Topology—拓扑优化 2. TOSCA.Shape—外形优化— 板筋优化
1、TOSCA.Topology拓扑优化
现有设计 设计空间模型