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TOSCA结构拓扑优化
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结构拓扑和形状优化

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产品概述

  • 国际上处于领先地位,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。 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、支持几何、接触、材料非线性、疲劳特性优化,优化的方案能光顺为CAD几何,提高企业的结构设计效率。

技术特色

  • 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等求解器

  • 结构拓扑优化: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。通过先进的网格自适应优化技术

    • 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

  • 结构外形优化: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

    • 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;

  • 加强筋优化:采用德国卡尔斯鲁厄大学制造发展协会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

    • 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。

  • 前处理环境: 自带可视化环境,方便用户Step-by-Step地定义优化区域、设定优化条件、验证和查看优化结果

  • 支持各种非线性类型

    • 材料非线性

    • 几何非线性

    • 优化区域边界进行接触定义

  • 考虑疲劳寿命 Life

    • 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、加强筋间距、复制、最大和最小结构尺寸、空洞控制等约束等

  • 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

  • 几何结果光顺和CAD导出

    • 支持IGES, STL模型导出

    • 支持拓扑优化结果的样条光顺

  • 自动结果验证和动画显示

    • 基于VTF格式的优化过程3D轻量化动画

    • VTF动画可以嵌入PPT, WORD等报告中

    • 自动生成报告,结果自动进行CAE验证

成功案例

  • 宝马、奥迪、通用汽车:汽车底盘悬臂轻量化9%

    • 效果:重量减轻同时,使累积损伤度降低了60%,塑性变形减轻了9%

    • 技术路线:调用ABAQUS结构分析和FEMFAT疲劳分析软件,优化低应力区的疲劳特性和高应力塑性区的变形。

  • 苏世兰风电:风机机舱减重40%、主轴应力水平改善33%

    • 效果:S.52 (600 kW) 风机机舱拓扑优化,在满足结构刚度,耐久性和频率要求的前提下,有效降低了重量达40%,节省上百万欧元成本;对风机主轴上应力集中区域进行形状优化,降低最大应力达33%。

    • 技术路线:随着风力机组功率和几何尺寸的增加,其结构支撑件的刚度和强度设计对于运行安全性和可靠性至关重要。在给定的载荷和几何空间条件下,通过拓扑优化,在满足结构刚度,耐久性和频率要求的前提下,有效第降低了重量,并为CAD的详细设计提供了初步设计方案。    

  • 天合汽车:制动钳结构拓扑和形状优化

    • 效果:实现一个新的前轴车轮制动盘的概念设计,实现了制动盘结构轻量化、小型化、低噪音、高可靠性的要求。

    • 技术路线:通过调用Abaqus结构分析程序和疲劳耐久分析软件,优化材料分布,控制刚度、模态性能指标。

  • 德国机床厂:高速铣床结构件减重15%

    • 效果:对高速铣床结构件进行轻量化设计,使变形减少65%,重量减少15%,结构设计时间减少到32%,计算时间减少到22%。

    • 技术路线:通过与ANSYS结合,优化机床支架等承载结构拓扑结构和形状,考虑刚度、模态、强度和重量要求。