TOSCA

软件

TOSCA是用于结构优化系统的软件。该软件由Tosca.topology，Tosca.shape，Tosca.bead，Tosca.smooth，Tosca.gui等几个主要的模块组成。

软件特点

作为一个完善的具有世界领先水平的结构优化系统，Tosca软件的具有如下特点：

※ 高效处理超大模型的优化能力；

※ 基于最优标准的快速、稳健优化算法；

※ 优化过程对载荷和约束条件没有数量限制；

※ 采用用户图形界面Tosca.gui对优化过程进行定义、运行和后处理；

※ 支持ABAQUS, ANSYS, MSC.Marc, MSC.Nastran，MSC,Fatigue,和PERMAS等商品化有限元求解器；

※ 支持ABAQUS/Viewer, ANSYS, FEMAP, MEDINA, MSC.Patran等前后处理器；

※ 被优化区域内支持实体、膜、板、壳等单元，非优化区域支持求解器所支持的所有单元类型；

※ 支持材料非线性、几何大变形和接触非线性优化分析；

※ Tosca 可以通过后处理输入CAD文件格式，其中包括stl格式和igs格式等。从而实现新产品开发在CAD/CAE 系统中从概念到成品的闭环优化设计过程；

※ 网格自适应功能，提高求解效率；

※ 可以定义加工工艺约束，包括拔模、铸造、冲压、对称等约束等；

※ 在形状优化TOSCA.Shape中无需定义形状基础向量；

※ 支持频率响应和热固耦合场的拓扑优化；

※ 可以对优化区域边界的外部及附近区域进行接触定义；

※ 支持并行计算求解；

※ 支持Unix和NT等多操作系统；

Tosca以其卓越的性能在汽车、航空、机械制造、加工工业等众多领域得到了广泛的应用，取得了良好的经济效益，得到众多客户的一致好评。

主要模块特点

Tosca.topology——拓扑优化模块的功能特点：　新产品开发过程中的第一步工作是定义概念阶段结构的设计原则。该设计原则是指确定基于载荷、解在满足设计要求如强度、刚度或位移边界条件以及可选设计空间内的一个设计解。该设计解在满足设计要求如强度、刚度或者频率约束等基础上是重量最轻或者成本最优的。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初始样机，为后期详细设计过程打下基础。Tosca.topology模块的功能特点：

◆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；

◆频率满足设计要求的前提下体积最小化；

◆体积不变前提下的第一频率最大化；

◆具有处理多工况、多目标、多约束问题的能力；、

◆满足工艺要求和对称条件；

◆网格自适应优化技术；

◆材料分布等势面的VRML、STL或FE-表面网格划分输出；

◆优化结果可以在Tosca.smooth中进行进一步处理。

Tosca.shape——形状优化模块的功能特点：

概念设计阶段的下一阶段是设计的改进过程。在应力分析基础上，对结构的表面几何形状进行不断的修正和改进，直到达到要求的应力水平为止。该过程过去通常采用试做方法手工进行。但是Tosca.shape模块可以自动完成该改进过程。现存的需要改进的设计或者前面拓扑优化过程的结果的表面形状会在有限元分析结果的基础上进行不断的改进，直到达到要求的优化目标。

◆减小应力集中；

◆改善结构耐久性；

◆提高自然频率；

◆优化过程中采用自适应网格平滑技术；

◆满足工艺要求和对称条件。

Tosca.bead——加强筋优化模块的功能特点：

Tosca.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加强筋优化以提高其刚度和自然频率或者降低噪音和振动。Tosca.bead模块的功能特点：

◆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。

Tosca.smooth——平滑模块的功能特点：

在虚拟产品开发过程中，需要将优化结果返回到CAD系统中以完成该过程的闭环。Tosca.smooth可以将优化结果输出到目前大多数的CAD开发系统中去。该模块可以从拓扑优化计算结果中得到材料分布的等势面，然后对该等势面进行平滑处理，最终得到的光滑优化表面，并可以以几种不同的数据格式输出。Tosca.shape形状优化结果也可以以相同的格式被转化为CAD数据模型。Tosca.smooth模块的功能特点：

◆ 拓扑优化结果的材料分布等势面计算；

◆ 外形平滑化并简化CAD输出结果数据；

◆ 输出为CAD系统的匹配文件格式；

◆ 输出为快速3D可视化的VRML文件格式；

◆ 输出为用作网格重新划分和分析的Patran neutral；

◆ Tosca.shape形状优化结果输出及数据简化。

Tosca.gui－统一界面

Tosca.gui是最优化设计中用来定义任务、开始运行以及后处理的直观用户图形界面。Tosca.gui具有下面的特点：

◆ 独立的Java控件平台；

◆ 从有限元模型中输入节点和单元体系；

◆ 生成Tosca所需的新的或者改进后的优化参数文件；

◆ 树形结构保证了Tosca各种功能的快速工作流程和清晰显示；