Tosca GUI形状优化：从零到一的教程

形状优化可以对现有的设计进行特定的细节改进，通过形状优化给定模型的几何表面可以被自动修改以避免造成材料失效并增加耐久性和舒适性。

1.什么是形状优化

形状优化主要通常使用在设计流程的末端，此时部件的总体设计或多或少都已经固定，只允许进行较小的改变和改进。通常情况下，目标函数是最小化应力集中，基于应力分析的结果对部件的几何表面进行修改，直到满足应力水平，此过程通常是通过反复试验和试错手动完成。

Tosca形状优化允许次改进过程自动化，给定有限元模型的几何表面根据有限元结果迭代修改，以此来满足优化目标。初始模型从现有设计而来，其需要被修改，或者来自于之前的拓扑优化。

Tosca形状优化允许用户执行以下任务：

--最小化等效应力

--最大化选择的自然频率

--设定体积约束

--用于铸造、锻造、冲压、挤压和钻孔的表面制造约束

--最小化和最大化构建尺寸

--对称约束

--通过有限元网格指定设计域约束

--在每个优化循环中进行网格调整和网格光滑

--通过Tosca结构耐久性可以在优化是使用耐久性结果

--通过Tosca结构非线性在优化时可以使用非线性计算结果或者对接触区域优化。

2.模型

本教程中优化的部件是一个连杆，可以再Tosca安装目录下找到次文件：安装目录/求解器/例子/形状/conrod，创建的模型带有自动生成的四面体网格，并关于XZ和YZ片平面对称。网格质量中等偏差，基本单元尺寸2mm。外形尺寸：180 x 84 x 24mm。允许设计和网格光滑的区域如下图48所示。

加载点通过MPCs耦合到连杆安装孔内部，大眼内的节点和内半径出的节点（曲轴承轴）在坐标系的三个方向完全约束。

在这个模型上共有5个工况（见图49）：

工况 1:

离心力（图49中的a），Z方向施加15000N载荷，螺钉固定

工况 2

气体压力（图49中的b），Z负向施加25000N载荷，固定大眼内部的节点

工况 3

关于X轴弯曲，固定大眼内部的节点

工况 4

关于Y轴的弯矩，固定大眼内部的节点

工况 5

关于Z轴扭转，固定大眼内部的节点

（a）离心力，右边：气体压力引起的载荷（b），关于X，Y，Z轴的弯曲和扭转。

3.优化任务

优化目标是对部件的表面进行很小的改变来降低部件表面的应力峰值，因此优化任务是使连杆上计算工况的最大应力最小，见图49，设计区域见图48，并包含内部矩形区域的表面节点。

4.分步手册：总结

如果你之前从来没有使用过Tosca Structure.Gui，你应该跳过次总结而直接进入详细描述，如果你有使用Tosca Structure.Gui的经验，你可以使用此菜单式的总结来尝试生成你的参数文件。

Ø 流程：

1、启动Tosca Structure前处理器：Tosca Structure.pre | Tree

2、输入文件：Tosca Structure.pre | FEM_INPUT

3、定义集合（仅Nastran用户）：Tosca Structure.pre | GROUP_DEF |Read Nastran Set

4、设计区域：Tosca Structure.pre | DV_SHAPE

5、设计变量约束：Tosca Structure.pre | DVCON_SHAPE |Check_DOF

6、设计响应：Tosca Structure.pre | DRESP | Add LC

7、目标函数：Tosca Structure.pre | OBJ_FUNC | Minmax

8、网格光滑：Tosca Structure.pre | MESH_SMOOTH

9、定义优化任务：Tosca Structure.pre | OPTIMIZE

10、全局停止条件：Tosca Structure.pre | STOP

11、保存Tosca结构参数文件：Tosca Structure.pre | FILE |Save As

Ø 检查输入：

12、设置测试优化：Tosca Structure.pre | TEST_SHAPE

13、运行测试优化：Start Tosca Structure | test1 |Start TOSCA

14、查看测试结果：Tosca Structure.report | Generate Report

Ø 启动优化：

15、运行Tosca结构优化：Start Tosca Structure | all |Start TOSCA

Ø 后处理

16、生成结果位移文件：Structure.report | Generate|Report

Ø 结果转移

17、生成CAD输出文件：Tosca Structure.smooth | igs |Start Smoothing

Ø 扩展

18、连接条件：Tosca Structure.pre | LINK_SHAPE |SURFACE_DEMOLD

19、设计变量约束：Tosca Structure.pre | DVCON_SHAPE |Link Condition

20、设计响应：Tosca Structure.pre | DRESP

21、约束：Tosca Structure.pre | CONSTRAINT

22、网格光滑：Tosca Structure.pre | MESH_SMOOTH

23、全局停止条件：Tosca Structure.pre | STOP

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删