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Tosca

软件概述

Tosca是标准的非参数优化系统,可以对有限元模型进行任意载荷和约束条件的拓扑、外形优化及薄壁结构条纹优化。Tosca在优化过程中无需对模型进行参数化,这就大大减少了工作量提高了最优化结构的适应性。其基于力学最优化标准的优化算法使其优化过程快速而稳定。 通过直接调用当今所有主要有限元求解器,Tosca最优化系统为解决实际结构的最优化问题提供了一套综合的解决方案,这已得到了业界的广泛赞同。通过与非线性软件ABAQUS的接口,Tosca就能够轻而易举的解决带接触条件的结构优化问题。

使用Tosca进行结构最优化设计是一个反复迭代的过程,在每一个迭代步中都采用外部的有限元求解器计算结构的力学响应。通过采用业界认可的标准求解器而获得高质量的计算结果,这些求解器包括:ABAQUS,ANSYS,I-DEAS以及MSC.NASTRAN、MARC等。这样做的另一大优点是用户可以在自己熟悉的求解器以及前后处理环境下工作,而不需培训来熟悉另外一个陌生的软件环境,现有的有限元模型可以直接应用于优化计算中。

通过Tosca内部各程序的相互作用可以完成新产品结构CAD/CAE系统中从概念到成品的闭环优化设计过程。 在早期设计开发阶段引入结构最优化工具将充分发挥CAE设计分析的潜力,其拓扑和外形最优化技术将提高开发效率并提升产品性能。您的产品将更轻、更强、更稳定,从而使您的公司具有无以伦比的竞争优势。

功能介绍

TOSCA Structure结构优化系统

TOSCA Structure是一个灵活的,模块化的,非参数化的结构优化软件系统,能提供拓扑,外形,条纹等各种类型的优化,基于工业标准的有限单元算法,支持ANSYS, Abaqus, MSC Nastran, NX Nastran等求解器。由于模型的参数化不是必须的,且可以使用已有的模型文件进行优化,所以TOSCA的操作非常的简单。TOSCA是一个基于市场导向的优秀软件,在非线性,疲劳以及NVH等领域都有强大的优化能力。

三大特征

强大图形交互界面

TOSCA ANSA 环境—直观的图形用户界面,方便建立和执行优化任务。 通过定制的,可重复使用的工作模板以及完全自动化的验证运行, 为用户节省大量的时间。在三维的有限元模型上定义你的优化工作, 并使用自动的一致性检查。

先进功能

巨大的优化潜力对于真实的仿真模型
非线性分析— 拓扑和外形的优化结合接触/材料非线性/大变形分析。避免容易出错和耗时的模型简化。

减轻质量同时保证结构可靠性/耐久性
耐久性— 外形优化采用疲劳分析的结果,利用标准的或者是自身携带的疲劳求解器。减轻质量的同时保证结 构最好的可靠性。

减小振动和噪音提高舒适性
NVH — 拓扑和条形的优化采用声音和频率响应的分析结果。平衡质量和刚度的影响来减小声音的外泄,声压 以及动态的反作用力,形成肋筋以及条纹的最优布局。

 

特点和优势

TOSCA Structure 为高品质的仿真结果提供同级别中最好的优化技术。利用先进的仿真能力,例如,材料和几何的非线性(大变形和接触)充分发挥你的优化潜能。
● 与先进的 FEA/ durability 软件无缝集成
● 能直接使用现有的模型和知识
● 不耗时的非参数化,完全灵活的设计
● 对非线性分析/耐久性/振动和噪音的高保真优化
● 同时满足静态,动态的热固耦合需求的全面优化
● 自动验证分析以及直接传输数据到 CAD 系统
● 更少的物理测试和物理原型
● 对已有IT投资的经济利用
● 从分析到设计或是制造更快的转换
● 更耐用和轻巧的设计
● 优化的设计驱动你的创新

工业应用实例

风力发电机主机-使用 TOSCA Structure.topology 优化

由于风力发电机越大,它的刚度和强度要求就越来越难以满足。重新设计的主机应该有更好的经济性和振动性能。 主机拓扑的优化得到了更轻量化的结构同时能够满足静力和 动力的需求。优化设计过程中,同时会考虑制造工艺的限制。最终可行的设计方案中,重量减小了近40%,同时整个开 发进程更加的快速。

后轮载体-使用 TOSCA Structure.shape 优化

对于底盘组件的重量优化,需要考虑很多因素标准,例如,强度,疲劳,塑性,刚度等。 早期设计不满足刚度需求,后轮载体需要修改设计,设计中要考虑多种载荷作用以及最大容许应变。直接采用 TOSCA Structure.shape在原有的模型上优化,而不用进行 模型简化以及比较耗时的参数化设计。在经过20轮的自动分 析步后,重新设计的结构具有良好的性能同时与原始的设计 相比减轻了整体重量。

TOSCA Fluid 流体流场的设计与优化系统

TOSCA Fluid 是工业界独一无二的无参数流体流场优化软件,基于工业标准的CFD求解器,可进行流场的拓扑优化。软 件操作简单,无需模型参数化,现有的分析输入文件,甚至大规模的CFD模型文件均可直接用于优化。TOSCA Fluid 提供经 典的优化技术,使得仅仅定义设计空间以及流场任务,工程师便可创造性的进行产品设计。无需进行初始设计,且求解器 仅运行一次便可。

功能-创新概念设计,减小压降并且使流场更均匀

拓扑优化用于获得压降减小或流场更均匀的概念设计。得益于全空间设计的灵活性,在初始设计阶段便可获得 最优的概念设计。通过调整设计空间,达到设计目标,仅需一次CFD分析便可快速的利用分析结果转化为设计。

TOSCA Fluid 生成最优的概念设计,可增加流场效率,减少物理测试次数以及原型数量,并且缩短投放市场的时 间,以高效高质量的设计提高竞争地位。

强大的用户界面

直观易用的用户界面,可快速的设定优化任务,并直接提交计算。使用 工业标准的CFD求解器求解,并实时监控优化流程。直观的后处理,并可将 最优概念设计生成几何模型。

TOSCA Fluid 高级功能

质量流量平衡

流量平衡优化用于获得多出口流场问题的合理分流比流场概念设计。最大化舒适度以及能源效率,获得最优 的流场分布。典型应用为采暖通风与空调零部件、分流器以及热交换器。

降低流场的不稳定性,减少噪声与

振动

流体声学优化-通过消除流体不稳定性显著降低噪声,设计流场更有效的产品,获得流量平衡且噪声降低的流 场解决方案,增加效率和舒适度。TOSCA Fluid 已成功应用于对噪声与稳定性敏感的零部件设计,比如空调零部 件、液压系统、航空冷气系统、冷却通道。

优点

TOSCA Fluid 提供了流体流场部件独一无二的设计与优化技术。利用全空间设计的灵活性对于给定的设计空间和流体任 务获得创新的最优概念设计。

无缝集成当前顶尖的CFD求解器,保证了现有CFD模型的可续用性,同时保证了分析结果的高质量。
完整的设计灵活性,无需费时的模型参数化、脚本编写和代码调用。
根据定义的流场任务以及设计空间,获得创新的概念设计,无需初始设计。
充分利用给定的设计空间。
对具有任意复杂设计空间的工业大模型均适用。
优化只需运行CFD求解器一次。
使用CFD分析工具自动设计更新,减小压降,改进流场均匀性。
高效的降低噪声水平并改善分流比。
强力的用户界面方便进行后处理以及优化结果几何生成。
加速创新产品投放市场的速度。
在设计流程早期进行流场的设计优化显著缩短开发周期。
获得低能耗高性能的先进设计。
自动化的设计开发可减小物理测试次数以及产品原型的数量。

工业实例

出风口

出风口的重新设计应该要减小压降并改善司机和乘客之间的流场分布。

利用 TOSCA Fluid 拓扑优化技术可获得更好的设计。在 减小压降的同时可降低噪声水平,相比原始的出风口设计, 有效而舒适。TOSCA Fluid 保证了出风口满足所有的设计指 标,减小了所需的风动力,节省了成本。

柴油机尾气氧化催化剂双流概念设计

设计柴油机氧化催化剂双流系统,依然适用传统的5 2/3英寸催化块,可处理更多的尾气而不增加压降。

基于初始设计空间拓扑优化技术被用于流场引导部件设计,以节约空间(如分流器、转向器和集流器)。在优化之 后,各个独立的优化部件装配成新的双流催化系统设计,显 著的减小了通过催化剂的气流压降,改善了分流比以及获得 了高度均匀的流场。设计结果具有最优的性能并改进了经济 效益。


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