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1、2008-5-31 1 Tosca 6.0 培训教程培训教程osca 6 0 培训教程培训教程 苏瑞意 2008-5-31 cae design & analysis co inc 目录目录 ?Tosca软件介绍 ?拓扑优化理论介绍 ?应用案例介绍 ?Tosca培训案例 cae design & analysis co inc 2008-5-31 2 Tosca软件介绍软件介绍 ?背景 ? 德国FE-Design公司 ? 成立于1998年 Topology resultCAD- modelDesign spaceExisting design ? 成立于1998年 ? 最新版本6.1.1 ?主
2、要功能 ? 拓扑优化 ? 形状优化 ? 条纹优化 Initial geometryOptimized coupling link WeightMax. Stress Initial geometryOptimization result Initial geometryOptimized coupling linkInitial geometryOptimized coupling link WeightMax. Stress Initial geometryOptimization result cae design & analysis co inc ?应用领域 ? 汽车：Audi、BMW
3、、Man、Bosch、ZF ? 航空航天：MTU Aero Engines GmbH Tosca软件介绍软件介绍 ?主要特点 ? 优化算法 ? 基于控制的优化算法和基于敏度的优化算法基于控制的优化算法和基于敏度的优化算法 ? 响应函数 ? 频率、位移、应力、应变能、体积以及自定义函数 ? 软件接口 ? Nastran、Ansys、Abaqus、Fatigue ? 制造约束 ? 对称性、最大最小尺寸、拔模角度 ? 主要模块 cae design & analysis co inc ? Tosca.Wizard、Tosca.Pre、Tosca.Smooth、Tosca.Post、Tosca.Rep
4、ort 2008-5-31 3 Tosca软件介绍软件介绍 ?Tosca优化流程 cae design & analysis co inc 拓扑优化理论介绍拓扑优化理论介绍 ?主要的拓扑优化方法 ? 均匀化方法，1988年，Bendse和Kikuchi ? 变密度法1989年Bendse? 变密度法，1989年， Bendse ? 遗传算法 ?材料插值模型 ? SIMP（Solid Isotropic Micro-structure with Penalization ） ? RAMP（R til Aitif M ti l Pti） 0 EE = cae design & analysis c
5、o inc ? RAMP（Rational Approximation of Material Properties） 0 1(1) EE q = + 2008-5-31 4 拓扑优化理论介绍拓扑优化理论介绍 cae design & analysis co inc SIMP RAMP 拓扑优化理论介绍拓扑优化理论介绍 ?最小柔度问题 min ( ) T N cf u= ?灵敏度推导 min 1 . . , 01 N eee e stvV = * * ()() () T e TT eee cf uu Kuf cuK fu Kuu = = * 0 T fu K= cae design & ana
6、lysis co inc 1 *1 0 N e e TTT ee eee fu K KK cKK uuuuu K u = = = = = = 2008-5-31 5 拓扑优化理论介绍拓扑优化理论介绍 ?棋盘格与网格依赖性现象 ?灵敏度滤波 N ii f H cae design & analysis co inc 1 1 minmin ( , ),|( , ),1,2, ii i i N k ki i i H f H Hrdist k iiN dist k irkN = = = = ? Tosca应用案例介绍应用案例介绍 ?线弹性 ? Audi A8 传送机构 ?碰撞 ? BMW白车身 ?超弹
7、性材料 ? 凸轮轴减震器 cae design & analysis co inc 2008-5-31 6 Audi A8 传送机构拓扑优化传送机构拓扑优化 ?问题描述： ? 由于更换新引擎，某传送机构受力增加，需要重新设计 cae design & analysis co inc Audi A8 传送机构拓扑优化传送机构拓扑优化 ?初始设计方案 ?拓扑优化空间 ?拓朴优化过程 cae design & analysis co inc 拓朴优化过程 2008-5-31 7 Audi A8 传送机构拓扑优化传送机构拓扑优化 ?拓扑优化结果 ?新的设计方案 cae design & analysi
8、s co inc Audi A8 传送机构拓扑优化传送机构拓扑优化 ?优化效果 ? 质量降低10% ? 最大应力下降45% Admissible ? 最大应力下降45% ? 新设计方案一次通过各种试验测试 ? 加快新产品设计速度 WeightMax. stressMax. displacement Stress Existing design New design cae design & analysis co inc 2008-5-31 8 BMW白车身碰撞拓扑优化白车身碰撞拓扑优化 ?轿车白车身应该满足各种碰撞性能要求 ? 变形区应该尽可能多的吸收能量 ? 乘客区应该尽量少变形和侵入?
9、乘客区应该尽量少变形和侵入 ? 同时白车身的设计必须满足质量要求 ?拓扑优化只考虑线性 ? 用线性载荷集合来模拟碰撞载荷历史 ?同时考虑前撞、侧撞和后撞 cae design & analysis co inc BMW白车身碰撞拓扑优化白车身碰撞拓扑优化 拓扑优化结果 定义拓扑优化空间 cae design & analysis co inc 形状优化结果 2008-5-31 9 : Reference structure: Optimized structure 前撞，侧撞，后撞优化结果前撞，侧撞，后撞优化结果 cae design & analysis co inc Side crashR
10、ear crashFront crash 优化结果验证优化结果验证 Reference structure front crashReference structure rear crash cae design & analysis co inc Optimized structure rear crashOptimized structure front crash 2008-5-31 10 凸轮轴减震器优化凸轮轴减震器优化 ?问题描述： ? 凸轮轴减震器为超弹性材料 ? 需要在凸轮轴减震器上面开装配孔? 需要在凸轮轴减震器上面开装配孔 ? 要求扭转刚度、寿命不能降低 cae design
11、 & analysis co inc 凸轮轴减震器优化凸轮轴减震器优化 ?优化结果 ? 体积略有增加 ? 刚度几乎没改变? 刚度几乎没改变 ? 寿命提高 cae design & analysis co inc 2008-5-31 11 Tosca培训案例培训案例 ?S01-悬臂梁拓扑优化 ?S02-悬臂梁拓扑优化+对称约束 ?S03-U形板拓扑优化+自适应网格 ?S04-U形板拓扑优化+最大最小尺寸约束 ?S05-拉钩拓扑优化+铸造约束 ?S06-多工况拓扑优化 ?S07-平板频率最大化 cae design & analysis co inc S07 平板频率最大化 ?S08-多目标拓扑优
12、化 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化S0悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 cae design & analysis co inc 2008-5-31 12 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?问题描述 ? 悬臂梁左端固定x向位移，左下角固定y位移，右下角加载40N ?优化目标 ? 在体积约束下最大化整体刚度（最小柔度设计） ?训练目标 cae design & analysis co inc ? 使用Wizard，了解Tosca拓扑优化基本流程 ? 了解Tosca各个组成模块 ? 了解优化算法选择 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?1. 打开Tosca，点击File Tosca.W
13、izard cae design & analysis co inc 2008-5-31 13 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?2. 选择拓扑优化 cae design & analysis co inc S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?3. 点击Next，选择计算卡片（airbeam.bdf），输入注释信息等 cae design & analysis co inc 2008-5-31 14 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?4. 点击Next，设置优化空间 cae design & analysis co inc S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?5. 点击Ne
14、xt，设置体积约束小于等于45% cae design & analysis co inc 2008-5-31 15 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?6. 点击Next，创建一个新Group，作为冻结区（右图） cae design & analysis co inc S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?7. 点击Finish，完成向导设置，通过左边模型树可以查看各种设置 cae design & analysis co inc 2008-5-31 16 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?8. 保存文件，进入Start Tosca 模块 ? 选择求解器，点击Start Tos
15、ca进行拓扑优化 cae design & analysis co inc S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?9. 后处理 ? 经过50次迭代，优化停止 ? 进入Tosca Post后处理程序? 进入Tosca Post后处理程序 ? 选择Type为Topo_Mat ? 选择Cycle为All ? 点击Start Tosca.Post进行后处理 ? 结束之后点击View VTF即可查看拓扑优化结果 cae design & analysis co inc 2008-5-31 17 S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?后处理模块截图 cae design & analysis co inc S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?10. 拓扑优化结果 cae design & analysis co inc 2008-5-31 18 S01-悬臂梁拓扑优化结果悬臂梁拓扑优化结果 cae design & analysis co inc GLview 3D Plug-inGLview 3D Plug-in S01-悬臂梁拓扑优化悬臂梁拓扑优化 ?11. 利用Tosca.Smooth导出拓扑优化结果 ? 选择Tosca.Smooth模块 ? 点击
