形状优化允许对现有设计的特定细节进行改进。通过形状优化一个给定模型的表面几何形状被自动修改，从而避免材料失效和提高耐用性或舒适性。
什么是形状优化？
形状优化主要用于在设计过程结束时，组件的总体布局或多或少已经固定，只有轻微的变化和改进是允许的。通常，目标函数为最小化应力集中。根据应力分析的结果，对一个组件的表面几何进行修改，直到所需的应力水平为止。这个过程通常是通过尝试和修改手动进行。
Tosca Structure.shape让这个改进过程实现自动化。一个给定的有限元模型的表面几何形状是根据有限元分析结果反复修改，使得需要优化的目标就达到了。初始模型是取自现有的设计，应该被改进的，或是之前的拓扑优化。
Tosca Structure.shape可以实现以下任务：
·最小化等效应力
·最大化选定的固有频率
·指定的体积约束
·指定用于铸造，锻造，冲压，挤压和表面钻型制造业的约束
·最小和最大部件的尺寸
·对称约束
·指定通过FE-网格设计领域的约束
·调整网格和网格平滑在每个周期的优化
·附加的功能如使用耐久性的结果进行的优化可结合Tosca Structure. Durability
·附加的功能如采用非线性结果或为接触区域的优化可结合Tosca Structure.nonlinear
模型
本教程中优化的部件是一个连杆,模型存放在TOSCA结构的安装目录（<tosca_install_dir>）：<tosca_install_dir>/<solver>/examples/shape/conrod。该模型采用自动生成的四面体网格建立，关于XZ和YZ平面对称。网格质量（中等/差的）用〜2个mm平均单元边长。外形尺寸：180×84×24mm。允许的设计区域和网格平滑区域示如图8所示。
加载节点采用多点耦合（MPCs）的方式与连杆支架的内侧相连接。在内径（曲轴轴承）上的节点施加三个坐标方向的固定约束。
有五个工况实现在模型中（参见图9）：
工况1：
离心力（图9中a），15000 N在z方向上施加
螺钉固定
工况2：
气体压力（图9中b），25000 N适用于负z方向
固定在大眼的节点
工况3：
绕x轴的弯矩
固定在大眼的节点
工况4：
绕y轴的弯矩
固定在大眼的节点
工况五：
绕z轴的扭转
固定在大眼的节点
优化任务
目标是降低部件表面上的应力峰值通过轻微改变部件的表面。因此，优化任务是最小化载荷工况在连杆上产生的最大应力，如图9所示。设计区域包括内部矩形的表面的节点如图8所示。
分步骤指南：概要 前处理
1．创建TOSCA STRUCTURE任务：Tasks -> Tosca Structure Task -> SHAPE_CONTROLLER任务管理器的命令
2．输入文件：PRE_PROCESSING | MODEL_LINK |FILE
3．设计区域：PRE_PROCESSING | SHAPE_OPTIMIZATION_CONTROLLER | DESIGN_AREA
4．设计变量约束：PRE_PROCESSING | SHAPE_OPTIMIZATION_CONTROLLER | DESIGN_AREA | DV_CONSTRAINTS | DOF_CONTROL
5．网格平滑选项：PRE_PROCESSING | SHAPE_OPTIMIZATION_CONTROLLER | DESIGN_AREA | MESH_SMOOTH
6．目标函数类型：PRE_PROCESSING | SHAPE_OPTIMIZATION_CONTROLLER | OBJ_FUNC_ITEM_1
7．目标函数项：PRE_PROCESSING | SHAPE_OPTIMIZATION_CONTROLLER | OBJ_FUNC_ITEM_1 | EQUIVALENT_STRESS
8．保存TOSCA结构参数文件：PRE_PROCESSING | SHAPE_OPTIMIZATION_CONTROLLER |Output
节点位移检查（检查输入）
9．使用测试位移：CHECK_INPUTS | TEST_SHAPE_CHECK | TEST_SHAPE
执行优化
10．运行TOSCA结构：START_OPTIMIZATION |RUN
后处理
11．查看中间结果：POST-PROCESSING | GENERATE_REPORT_FILE
结果传输（平滑）
12．表面光滑，输出结果传输：SMOOTH | SMOOTH_INSTANCE | RUN_SMOOTH
前处理 优化类型的选择
1. 如果任务管理面板是隐藏状态，点击使它出现在ANSA窗口的左侧。
2. 在任务面板中，依次选择Tasks| Tosca Structure TASK|SHAPE_CONTROLLER.
3. 在任务管理中，点击expand按钮.
载入模型文件
1. 右击MODEL_LINK选择Edit或双击 MODEL_LINK。
2. 在MODEL_LINK的窗口中，选择适合输入文件的求解器。
3. 右击任务管理中的FILE并选择 Edit或双击FILE。
4. 在OPEN对话框中，选择输入文件并点击OPEN。任务管理器中的FILE和PRE-PROCESSING 被重命名，文件名作为FILE的名称，而文件的目录附加到PRE_PROCESSING的名称。
5. 右击刚才添加的文件项目并点击UPDATE，输入文件及模型出现在主窗口中。
网格平滑单元的选择
在形状优化过程中，表面节点的移动通常会导致单元的扭曲，除非对网格进行平滑处理。因此，在网格平滑过程中可能被修改的单元需要被选择。一般规则是选择在节点设计区域的单元，加上模型内部的多个单元层。另外，选择网格平滑区域的单元太多不会引起任何问题，但是会增加计算时间。
需要注意的是选择网格平滑单元可以采用自动化方法：请参阅自动选择网格平滑单元。不过，建议采用手动方法。
1. 在这种情况下，定义网格平滑组的最简单办法是先减小模型视图至网格紧密区域，然后再定义单元组，因此按NO按键。
2. 需要的话，按F2键将视图改变为图中所示，通过框选选择左图部件的区域，框选的区域消失后，选择右图中部件区域。
3. 通过选择靠近LOCK的下拉菜单保存视图。输入一个名称，如，mesh_smooth，然后按enter 键。
4. 现在这个视图已经保存，可以通过LOCK的下拉菜单进行选择。
5. 通过右击所选择的名称|show only 可以打开这个视图。
6. 为了查看整个完整模型，确保lock按钮没有激活以及视图未锁定，取消激活lock按钮一次。
7. 按all按钮，然后整个模型显示。
8. 选择你预先定义的视图，右击在task manager中的design area下的mesh_smooth，并选择edit。
9. 在EL_GROUP的下拉菜单中选择GROUP_DEF。
10. 激活GROUP_DEF的文本区域并输入“？”
11. Set help窗口弹出，点击工具栏中的action按钮，标题为Modifying SET: Untitled (Id:1)的窗口出现在屏幕的右方。
12. 在这个窗口中，激活solid，取消激活ELMENT下的其他项目。必要的话，再次点击solid项，高亮显示。现在，模型中的solid单元可以通过鼠标选择。
13. 通过框选选中部件中的所有面，点击中键确认你的选择，继续set窗口。
14. 在set窗口中输入设置组的名称。
15. 在set help窗口，双击刚刚建立的组，窗口会关闭。
16. 在mesh_smooth窗口点击OK。
网格平滑的备注
如果要检查mesh_smooth对优化结果的影响，你可以采用以下设置运行优化并比较结果；
MESH_SMOOTH功能被停用；
ALL_ELEMENTS被选为MESH_SMOOTH对话框中字段EL_GROUP中的组
