Tosca介绍

Tosca 提供结构拓扑优化、形状优化、钣金加强筋优化、钣金厚度优化，流场拓扑优化等优化设计求解器，并且Tosca 兼容主流结构有限元软件、疲劳寿命分析软件，以及计算流体动力学软件的求解器。Tsoca 可以对具有任意载荷工况的有限元模型进行拓扑、形状、加强筋、流道、厚度优化，并且支持几何、接触、材料非线性因素，甚至疲劳特性优化。最终优化计算结果能转化为CAD 几何面，提高企业的结构、流道设计效率。Tosca 基于基于最优标准的快速、稳定优化算法， 能高效处理超大模型的优化； 支持Abaqus/CAE, AnsysWorkbench, ANSA 做为前处理进行优化问题定义；结构拓扑优化支持Abaqus、Ansys、Marc、Nastran、Permas 等众多主流有限元求解器，而流体拓扑优化支持Fluent、StarCCM+；支持Ncode、Femfat、Fesafe、Femsite、Fatigure、Falancs、Designlife 等众多疲劳寿命分析求解器。

Tosca功能模块

Tosca 优化方案求解模块包括ToscaStructure.Topology（结构拓扑优化）、ToscaStructure.Shape（结构形状优化）、ToscaStructure.Bead（结构形貌加强筋优化），ToscaStructure.Sizing（结构尺寸优化）、Tosca.Fluid（流体拓扑优化）等模块。

Tosca功能介绍

Tosca 结构拓扑优化

Tosca 结构拓扑优化模块通过在给定的设计空间，满足指定加载工况和边界条件进行优化计算，得到最优设计。可帮助客户显著缩短设计时间、提供更高水准的设计、节省材料，减轻重量。

Tosca 拓扑优化支持的约束或目标包括：刚度（柔度或位移）、固有频率、反应力（内力或反作用力）、频响位移、速度和加速度、重量、体积质心位置、惯量以及声学特性等。Tosca 也支持在拓扑优化中可以施加一系列的制造约束如：面约束、钻孔约束，拔模约束、周向旋转约束、对称约束等。

图1 Tosca 与结构拓扑优化

Tosca 结构形状优化

Tosca Structure 的 Shape 模块通过对外表面节点位置优化，达到降低局部应力、修改提升设计。设计目标往往是使应力分布更加均匀或提升固有频率。可以帮助客户对现有结构有限元模型的迅速提升，降低应力集中，提升设计的耐久性或提升固有模态。Tosca 形状优化也支持非线性分析，接触，大变形，非线性材料和疲劳。

图2 Tosca 与结构形状优化

Tosca 形貌加强筋优化

Tosca Structure 的 Bead 模块用于优化板壳结构中加强筋的位置和方向，通过在钣金结构中添加加强筋能够提升钣金件的弯曲刚度以及板壳结构的动力学（振动）特性以及提高钣金件的疲劳寿命。使用 Bead 模块，往往只需 2-3 次求解迭代即可完成复杂模型清晰的加强筋布局优化。

图3 Tosca 与形貌加强筋优化

Tosca 厚度优化

Tosca Structure 的 Sizing 模块能够完成厚度优化，模块通过参数自动调节如改变壳的厚度参数，从而改善结构的特性如增加刚度的同时降低设计重量，减小局部应力，提高振动频率等。Sizing 求解器允许将每一个壳单元厚度做为设计变量实现自由尺寸优化，也可将一组壳单元厚度做为一个设计变量进行优化，以保证一个指定的设计区域厚度能同时变化，以保证优化结果最终能通过制造实现。

图4 Tosca 与厚度优化

Tosca 流体拓扑优化

Tosca Fluid 拓扑优化主要用于一个特定设计空间，进行流道的拓扑优化设计，实现最低的压力损失，尽可能避免回流现象，支持内流、稳态、单相流；同时 Fluid 也可以用于降低出入口压力差、平衡两个出口流速、声压优化等。流场优化 Tosca.Fluid 可以与目前主流的 CFD 工具集成，一次 CFD 运行即可进行优化，拥有非常易用的 GUI 界面。

图5 Tosca 与流体拓扑优化