TOSCA优化案例--TOSCA几何非线性优化的优势

X-man

       为了适应愈加残酷的市场竞争环境以及工业产品技术发展的要求，产品的开发周期变得越来越短，而其复杂程度却越来越高。在这种情况下，借助结构优化软件工具能够起到缩短开发周期、节约开发成本和提高产品质量的作用，从而达到全面提升企业竞争力目的。

       作为完善的具有世界领先水平的结构优化系统Hyperworks优化模块OptiStruct均已被广泛应用于汽车、航空、船舶、机械制造、加工工业等众多领域。但是，Optistruct常被应用在结构线性优化方面，相较于结构实际情况，常不考虑几何非线性、材料非线性、边界（接触非线性），从而得出的优化结构不是很贴近现实。从而，就需要另外一款考虑非线性的优化软件，以使得优化结果更加贴近实际，更趋于合理化。

       Tosca是标准的无参结构优化系统，可以对具有任意载荷情况的有限元模型进行拓扑和外形优化。在优化过程中，可以直接使用已经存在的有限元模型。

       Tosca进行结构优化的每一迭代过程均在外部求解器中进行求解，通过采用众多业界认可的标准求解器而保证了计算结果的高质量。而且由于迭代独立于优化软件本身，所以例如调用大型通用非线性有限元软件Abaqus求解，就可以考虑求解过程中的几何、材料、边界（接触）非线性。

下面通过一个实例来说明Tosca在非线性优化方面的优势。模型如下图所示：

      图1 模型说明

设计区域：图示绿色区域，为某支架;

优化目标：

         1，支架重量控制在6Kg以内，越少越好（材料为球铁，密度为7060）;

          2，考虑所有三个工况，权重为1:1:1；

          3，考虑5个M16螺栓的预紧力。

设计变量约束：

          1，优化后最薄处不得小于6mm，最厚处不得大于20mm；

           2，支架左右对称；

           3，沿着y方向分模。

Abaqus中求解设置如图所示：

       图2 Abaqus求解设置

优化后的结果如图所示：

     图3 Tosca优化后的某支架

在优化过程中，TOSCA一共迭代了32步。下图为使用Optistruct进行线性优化后的某支架模型：

     图4 Optistruct优化后的某支架

        对比Tosca非线性优化和Optisturct线性优化的结果，可以看到，Tosca优化后的结构，综合考虑了螺栓预紧力的影响，考虑了三个载荷工况的影响，优化后的结构显著减少了重量，增加了结构的刚度，并且易于铸造。

        由以上的实例可以看到，通过Tosca内部各程序的相互作用可以完成新产品结构在CAD/CAE系统中从概念到成品的闭环优化设计过程，同时，优化出来的结构更加贴近实际。

来源：有限元在线  FEAonline