TOSCA应用领域及特点

一、应用领域

TOSCA软件是国际上处于领先地位的结构优化设计软件，目前已广泛应用于汽车、航空、机械制造、加工工业等众多领域。

TOSCA可以对具有任意载荷工况的有限元模型，进行拓扑、形状、条纹、尺寸等类型单独或组合的优化计算，同时还支持几何、接触、材料非线性、疲劳特性等优化。

二、TOSCA特点

--接口丰富、支持对多种结构有限元模型的优化：

• 支持 ABAQUS、 ANSYS、 MSC.Nastran、I-DEAS、MSC.Marc和PERMAS等有限元求解器

--拓扑优化(TOSCA.Structure-Topo)：在给定的设计空间内，根据指定的所有加载和边界条件计寻求最佳的材料分布，为后期详细设计打下基础。

• 能够考虑强度要求实现拓扑优化

• 刚度不变前提下的体积最小化

• 体积不变前提下的刚度最大化

• 体积不变前提下的第一固频最大化

• 满足工艺要求和对称条件

• 网格自动细化，避免棋盘格产生

--外形优化(TOSCA.Structure-Shape)：在应力分析基础上，对结构的表面几何形状进行修正和改进，直到达到要求的应力水平为止的优化类型。

• 减小应力集中

• 能够改善疲劳耐久性

• 提高自然频率

• 满足工艺要求和对称条件

--条纹优化(TOSCA.Structure-Bead)：采用德国卡尔斯鲁厄大学制造发展协会（IPEK） 开发的算法库对金属板结构进行条纹优化以提高其刚度和自然频率或者降低噪音和振动。

• 提高弯曲刚度或自然频率

• 减少噪音和振动

• 精确确定条纹的高度和宽度

• 计算结果清晰明确，能够被精确制造

--尺寸优化(TOSCA.Structure-Sizing)：主要针对钣金部件，在单元厚度方向进行调整，以达到相应的优化目标。

• 钣金件的减薄减重

• 改善结构耐久性

• 提高自然频率

• 满足工艺要求和对称条件

--多重工作环境：

• Tosca_ANSA 联合环境

• Tosca Structure.gui图形用户界面

• Tosca Extension for ANSYS/Workbench的界面

--支持各种非线性类型：

• 材料非线性

• 几何非线性

--考虑疲劳寿命：结构外形优化中考虑应变能密度、塑性应变、温度变形导致的低周疲劳。

• 疲劳分析软件接口：FEMFAT、FE-Safe、Falancs、nCode DesignLife、Femsite等

--全面考虑加工约束：

• 拔模、铸造、冲压、对称、最大和最小结构尺寸、空洞控制约束等

--网格自动细化和光顺：

• 拓扑优化中网格从粗到细自适应，提高优化效率

• 形状优化中自动光顺内部网格

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