日本Vinas公布奥迪等的结构优化软件应区域

位于日本大阪的软件进口代理商Vinas公布了其代理的德国FE-Design公司结构优化软件“TOSCA”的欧洲汽车厂商应用案例。

TOSCA是一种使用有限元分析（FEM）输入数据来优化结构的软件。可通过改进现有形状减少应力，在相同强度下可通过改变结构来减少重量。年授权使用费168万日元起（不含税）。

TOSCA配备有多种模块，比如：在设计理念确立阶段，按产品的目标重量计算最大刚性形状的“拓扑（Topology）优化”模块；在详细设计阶段，在考虑规定条件的同时降低应力的“形状优化”模块，以及为实现金属板（Sheet Metal）部件弯曲刚性的最大化而优化加强筋（Bead）的“加强筋优化”模块，等等。

Vinas发表的应用案例包括：在德国奥迪公司高级轿车“A8”的传动边杆上的应用；在美国天合汽车(TRW Automotive）的盘式制动器（Disk Brake）上的应用，以及在美国福特汽车的发动机控制杆（Control Rod）上的应用。

在A8上的应用案例方面，由于配备的是新型发动机，因此用于固定后部差速器壳（Differential Case）的传动连杆的负荷重量就会很大，需要改进设计。于是，使用TOSCA的拓朴优化功能，对结造进行了优化。结果，在将重量减少10%的同时，将最大应力降低了45%，试制产品在强度试验上全部一次合格。

另外，在改变A8的前车轴时，悬挂平衡连杆（Stabilizer Link）的某些部位就会发生强度不足的情况，需要将应力降低25%，因此使用TOSCA的形状优化功能，对表面形状进行了优化，从而减少了 0%的应力。另外，作为标准方法，奥迪在开发和锻造产品时，采用了拓朴优化及形状优化手段。

天合汽车公司在前轮用盘式制动器的设计上，通过使用TOSCA的拓朴优化功能，缩短了开发时间，降低了成本。该公司在开发新型制动系统时，结合使用了有限元分析及优化设计。首先使用有限元分析对设计理念进行讨论，然后再使用TOSCA进行优化。根据优化后的形状进行详细设计，并利用有限元分析法分析后进行了一次性试制。

结果，一次性试制产品全部达到了设计条件，从而避免了因反复进行物理性试验而造成的开发时间的延长以及成本的增加。顺便说一下，新型制动系统的开发时间花费了24个月。

福特公司在对1.2L及1.4L Zetec发动机的控制杆形状进行优化时使用了TOSCA。目的是降低应力，构筑了构造分析软件“ABAQUS”使用的，涉及活塞销（Piston Pin）、 控制连杆螺钉（Control Rod Bolt）及曲柄颈轴承合金（Crank Metal）的有限元分析模型，采用该模型数据进行了控制连杆的优化。

作为规定条件，无需完全改变控制连杆的外形，只需优化控制连杆内侧面的形状。通过使用TOSCA进行优化，利用ABAQUS对优化结果进行反复5次验证，将最大应力降低了17%。而且设计变更本身也只需将内侧面的厚度减小1mm，将断面厚度增加0.6mm，即可完成。