tosca功能及作用介绍

TOSCA：高效的结构优化系统与高级功能模块综述


引言

TOSCA（复合结构优化与分析工具），作为DS SIMULIA公司开发的专业软件，为工程师提供了一套完整的无参数结构优化系统，针对有限元模型进行拓扑、形状、条纹、尺寸优化。凭借其独特的算法和广泛适用的功能，TOSCA自推出以来得到了众多工业企业的认可，包括全球知名汽车制造商德国奥迪公司和宝马公司等，在产品虚拟开发领域发挥了不可或缺的作用。

核心功能概览


1. 优化算法与求解器集成

高效算法：TOSCA内嵌经过多年验证的快速算法，如优化连续性方法（OC）、密度法和数学规划（包括静态与动态）算法，提供高效的迭代收敛性能。

多求解器集成：软件支持业界公认的多种求解器，如MSC.Nastran、MSC.Marc、MSC.ADAMS、MSC.FATIGUE、ABAQUS、ANSYS、IDEAS 和 PERMAS 等，确保算法求解的高精度可靠性，同时避免不必要的重复成本投入。




2. 闭环优化流程

CAD/CAE无缝集成：允许CAD格式输出，包括STL 和 IGS 等，推动从概念设计到成品设计的闭环优化流程。

3. 非线性问题解决

复杂非线性处理：对于包含材料非线性、接触和大变形等问题，TOSCA采用非线性优化方法，确保优化结果与实际情况更加一致，提高解决方案的可靠性和最优性。

4. 提高计算效率


网格自适应技术：自动化优化过程的网格细分与优化目标的精细控制，提高求解效率。


基于疲劳的优化：增强产品在使用寿命方面的表现。


5. 工艺约束定义


简化工艺流程：支持加工工艺约束，包括密封性、冲压、铸造、拔模、锻造等条件。


6. 并行计算技术

多处理器智能化调用：优化任务的并行处理能力，包括CPU、求解器、结果平滑处理等。

7. 多工况、多目标优化分析


多工况支持：对各种工况下的优化分析提供支持，理论上无工况数量的限制。


多元策略优化方法：采用加权和法进行多目标优化处理，确保在不同目标间的平衡协调。


8. 流体优化模块TOSCA Fluid


管流优化：专用于管路流体系统设计优化，显著减少压降或实现稳流，提高技术效能。


9. 功能模块详述


Tosca.gui


便携优化界面：易于操作的图形用户界面程序，整合于有限元分析的前后处理流程中。


Tosca.topology

拓扑优化核心：提供在概念设计阶段基于载荷、先决条件与设计空间确定结构的最佳解决方案，最大化优化效率，确保结构重量与成本的合理控制。

Tosca.shape

形状优化功能：在应力分析基础上赋予结构表面几何形状更优化的处理，在目标应力水平达到预期前通过智能迭代调整。

Tosca.bead

条纹优化模块：利用德国卡尔斯鲁厄大学制造发展协会的算法库，专门针对金属板结构的条纹优化，旨在提升刚度、自然频率与减少噪音震动。

Tosca.sizing

尺寸优化模块：专注于通过严格灵敏度计算优化壳单元的厚度，优化过程不受设计变量数量影响，适用于多种工程优化任务。

Tosca.smooth

优化结果精细处理：将拓扑优化结果转换为平滑优化表面，应用于CAD系统，实现优化设计与实际产品的无缝对接。

Tosca.advanced

高级优化功能：针对更高层次的需求，提供网格自适应细分与多优化域设置，支持接触表面优化、基于非线性分析的优化流程、使用非线性材料的优化等。

Toscaansa

集成后处理模块：紧耦合ANSYS软件的通用前后处理功能，实现优化进度的可视化、任务交互性前处理、优化结果的自动验证与后处理。