拓扑优化软件TOSCA最新功能介绍--申请加精

lk_dragon

楼上提到规划法和准则法的区别，第一、二条完全正确。但是如果采用MMA算法的话，那也是数学规划法，目前的版本应该不会有所说的准则法的困难。

至于第三条，没有自己的求解器，也是可以进行敏度分析的，这只用提取结构分析的结果，大多数的拓扑优化敏度分析列式都涉及初始单元刚度阵值，但是没有注意到初始单元刚度阵与当前单元刚度阵的关系，实际上通过数学变化，只需要提前当前结构优化的结果就可以进行敏度分析。北京工业大学彭博士基于ICM法在Nastran做二次开发就是基于这一点，不会说是必须提前分析求解器内部数据进行敏度分析。至于差分敏度分析或基于响应面法对拓扑优化这种超多变量问题是不可行的，应该不会被拓扑优化软件采用。这也是Isight无法进行拓扑优化的根本原因。

形状优化的敏度分析中，也有类似于只需要提取结构分析结果，而不必对单元刚度阵解析求导，或半解析求导的敏度分析方法。这类方法的敏度推导基于连续介质力学原理，只是在数值分析求解的时候采用有限元形式，但从原理来说，同样适用于边界元、无网格法。此类方法称为变分敏度分析或连续统敏度分析，在90年代初，国内北京理工大学、北京航天航空大学等做过这方面的研究。变分敏度分析结果与扰动步长无关，适用于各类结构分析方法，敏度值无需了解软件内部，但缺点在于推导较难。目前，据我所知，Nastran形状优化采用的是解析法敏度分析，os可能是采用半解析法敏度分析（不太确定）。解析法需要知道软件内部刚度阵的形成方式，多数为软件开发者采纳，可以把有限元分析器看成为黑箱子。半解析法则是灰箱子，大连理工开发的软件应该采用的是半解析敏度分析方法。尽管变分敏度具有诸多好处，也在国外的一些自行开发软件上采用，但奇怪的是，大型的CAE软件还没有。

[ 本帖最后由 lk_dragon 于 2007-10-18 09:22 编辑 ]

superjiao

版主还不给我加精啊？？？？？？？？？？？？？？

Jerry

加精可以，但是楼主的标题不太合适吧，不能自己认为好，就是世界上最著名的阿？

superjiao

如果自己推荐的东西，自己都觉得不优秀，那肯定有问题了，不过我不知道该如何改题目

superjiao

版主，我已经把题目改了，给加精吧，呵呵

yangyingyu

加点精吧，鼓励一下。起码也了解了一下，我比较老土，一直都在用nastran做优化，澳汰尔的倒是用过，不过个人觉得优化方面一般，前处理到是非常好的。tosca就没听过了，不过我也不搞理论，就是做些工程问题，欢迎楼主在发更详细的资料，另外这个软件哪有啊？想深入了解下

ldywxl

第一次听说这个软件，给咱们的论坛注入新的活力，希望这样有意义的讨论可以越来越多，建议置顶！

zkong

lk_dragon 兄,

你讲得不错，某些问题的敏度是可以直接从有限元分析结果得到的。 比如刚度问题的拓扑优化， 结构柔度对设计变量(SIMP单元密度)的导数就可以表示成 单元应变能、单元密度和惩罚因子的简单函数， 也就是说， 对于刚度问题的敏度是可以直接从单元应变能得到的。 但是，对其他响应类型的优化，敏度信息就难以直接得到了。 通常有限元分析，得到的无非是位移，应力，应变能等信息，这些信息是不足以得到所有响应的敏度的。

从本质上讲，我认为TOSCA和iSight没有根本的区别， 只要他们都没有自己的求解器， 理论上 TOSCA可以做到的事情iSight也能做到(都是把其他软件当黑盒用)， 反之亦然。 当然OS因为有自己的求解器， 在很多优化问题的求解上有先天的优势，但是也限制了它只能求解OS支持的分析类型。 HyperWorks系列的HyperStudy就是类似iSight的产品，它可以一定程度上弥补OS的不足。当然，现在Altair公司收购了Radioss，支持的分析类型和效率有能很大的提高， 我想我们可以期待OS将来可以支持更多分析问题的优化。

对于形状优化，基于变分法得到的敏度表达式，如lk_dragon 兄所说最终还是需要通过求解有限元方程得到，而有限元方程的形成，通过把软件当作黑盒的方式使用是很难得到的(用户可能需要推导计算出虚拟的荷载和边界条件)。但是，我觉得这是有相当大的难度的。

总而言之，高效的敏度分析，我觉得通过黑盒方式调用有限元求解器是不太现实的，这大概也是iSight这一类优化平台共同面对的难题。如果TOSCA和iSight可以轻松得到结构响应的敏度，OS就没有什么优势可言了。

就我所知，目前包括波音和空客等工业巨头，大量使用OS做结构优化，说明OS在结构优化这方面还是有一套的，TOSCA有它的特色，但是，搂主说它是最优秀的还有待工业界和我们广大使用者的检验。:)

lk_dragon

刚度的敏度与应变能有关，特征值的敏度同模态动能与模态势能有关。位移（包括谐响应下的节点位移振幅）的敏度需要建立伴随工况，在敏度表达上需要将刚度阵偏导数和原工况位移的乘积写成单元力的形式，似乎也是可以完成的。彭的论文涉及结构响应量包括位移，总应变能，频率，谐响应下的节点振幅（速度、加速度），这些能在Nastran上得到二次开发实现，不会是完全了解软件内部信息完成的。
至于屈曲的敏度，没有仔细想过，目前Nastran二次开发也已经完成，好像同势能与屈曲动能有关，没有仔细研究过。

变分形状优化的敏度，如果在优化列式时设置了约束条件，则可以开发自动在相应的约束部位施加相应的虚拟载荷（虚拟位移等），边界条件也可自动完成，对软件开发来说，原理上并非难事（当然具体实现是需要开发一些程序）。os的网格morph功能确实不错，网格在很大程度上避免了形状优化中的网格畸变现象。我对目前形状优化的最新理论不同熟悉，如何能吸收欧拉式的网格（即有限元分析网格和边界描述不同，有限元网格在形状优化中可保持不变，这一点类似于拓扑优化），或者类似于流体动网格具有生长或抑制的方式，或者结合无网格法的方式，似乎更好。

TOSCA的形状优化似乎是准则法，即边界应力处于满应力状态，对于动态问题，是理性的准则法，即单元势能密度和单元动能密度差为常数。
准则法的不利在于难以同时满足多种不同类型约束条件，但好处在于能不必定义形状变量。但os8似乎也吸收了这种方式，看来还是有一定好处的。

如果os是自行开发的话，也许能吸收一下ICM法，节点密度法，水平集法的优势，对软件的光明前景拭目以待。

[ 本帖最后由 lk_dragon 于 2007-10-18 15:56 编辑 ]

lk_dragon

关于HyperStudy，我推测是采用响应面法（或其它如kingring，神经网络等）。对于多学科优化，似乎如何将复杂问题分解优化等值得研究。单纯的依赖响应面的数学方法总感觉计算量太大，尤其是多变量问题。

Jerry

已经加入精华，欢迎进一步讨论。

superjiao

好的，谢谢版主，其实，就商业软件而言，每个软件肯定有每个软件的优点，同时，也都存在劣势，不过要看哪个软件更适合广大客户用，能给更多人带来福音才重要。

superjiao

今天才发现，加精没给积分啊，郁闷啊

idisid

学习学习，先下载来看看

shen2mzy

真的很不错，感觉IK_dragon和zkang两位仁兄的辩论很精彩，感觉很佩服！向你们学习！

hubinwy

不错，学习学习，正要搞结构优化

hubinwy

请问可以做隧道结构的优化吗

THY

請問除了非線性結構問題的優化
TOSCA可以作有結構含有接觸或是Couplin、MPC...等情況之優化嗎？
謝謝

qxlwg

今天第一次看到这个软件，还不了解到底怎么样，使用广泛不，先留个名吧，呵呵

大万

请问tosca调用abaqus 6.9的inp文件时，需要怎样设置。
我每次调用都显示“not able to get liscence from abaqus.....”警告，不能计算