專利名稱：：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓?fù)溥M(jìn)化最佳化算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最佳化的算法，特別涉及的是一種利用將應(yīng)力低的邊界節(jié)點(diǎn)向應(yīng)力高的設(shè)計(jì)區(qū)域方向移動(dòng)，以促使結(jié)構(gòu)進(jìn)化，進(jìn)而產(chǎn)生一最佳化結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法。
背景技術(shù)：
：最佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展，約有百年的歷史，而它的發(fā)展起源大約是和有限單元分析發(fā)展同時(shí)。在多年的經(jīng)驗(yàn)累積與分析技術(shù)發(fā)展的過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者可以憑借有限單元分析等技術(shù)輕易地提供滿足結(jié)構(gòu)需求的設(shè)計(jì)，并且提供一個(gè)安全與穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以承受外力的作用。但是，除了提供滿足需求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的外，設(shè)計(jì)者也同時(shí)希望能夠在滿足需求的條件下，更可以精簡與有效率的使用材料，以降低結(jié)構(gòu)材料的成本，進(jìn)而提高產(chǎn)品在市場上的竟?fàn)幜?。也因?yàn)槿绱?，最佳化設(shè)計(jì)的技術(shù)發(fā)展，成為解決前述問題的重要關(guān)鍵。截至目前為止，在被應(yīng)用的最佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算法雖然不少，但是很少有與有限單元整合在一起進(jìn)行運(yùn)算。而現(xiàn)行的最佳化結(jié)構(gòu)算法中，大都需要結(jié)合設(shè)計(jì)者相當(dāng)專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)法則才能進(jìn)行設(shè)計(jì)，如此也限制了最佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算法的推廣。接下來介紹現(xiàn)有技術(shù)中少數(shù)將拓樸與有限單元分析結(jié)合的技術(shù)。以典型的基準(zhǔn)問題(benchmarkproblem)中的Michell，sArc來做說明。請參閱如圖1A所示，首先，所述的技術(shù)先將一幾何結(jié)構(gòu)90進(jìn)行網(wǎng)格化。所述的幾何結(jié)構(gòu)90可以任意選擇，通常為矩形。在所述的幾何結(jié)構(gòu)90上增加邊界條件，例如支撐點(diǎn)，受力點(diǎn)以及受力大小，這些邊界條件的增減可視設(shè)計(jì)需求而定。然后將圖1A的幾何結(jié)構(gòu)90進(jìn)行有限單元分析，分析完畢的后，會(huì)產(chǎn)生屬于所述的幾何結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。然后再根據(jù)所述的應(yīng)力分布，將所述的幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力相對低值的網(wǎng)格901去除。通過重復(fù)(iteration)前述的過程特定的次數(shù)，則可以逐漸進(jìn)化所述的幾何結(jié)構(gòu)90成一特定結(jié)構(gòu)外形。不過前述的最佳化演算方式卻具有下列缺點(diǎn)網(wǎng)格依賴性(meshdependency):由于在最佳化的過程中會(huì)先網(wǎng)格化，再將不受應(yīng)力或者是相對的低應(yīng)力的網(wǎng)格去除。這個(gè)過程代表從主結(jié)構(gòu)移除沒有效率或相對的下比較不需要-低應(yīng)力的材料，此舉有善用材料的意。因此整個(gè)最佳化的結(jié)果會(huì)受到網(wǎng)格分辨率、分布、形狀的影響。請參閱圖1B與圖1C所示，所述的圖是分別為圖1A中基本網(wǎng)格示意圖。圖1B的網(wǎng)格902為在一矩形網(wǎng)格中在分成四個(gè)三角形網(wǎng)格。而圖1C的網(wǎng)格9(B為在一矩形網(wǎng)格中在分成八個(gè)三角形網(wǎng)格。如此一來兩種情況所形成的網(wǎng)格分辨率與三角形的方向分布(orientation)將有所不同。在經(jīng)過最佳化的演算的后，會(huì)得到兩種不同分辨率的狀況，在相同次數(shù)的演算條件下，并無法得到單一結(jié)果。如圖2A即為在圖1B的網(wǎng)格狀況下所運(yùn)算得到的結(jié)構(gòu)，而在圖2B中，則為在圖1C的網(wǎng)格條件下，所得到的結(jié)果。從圖2A與圖2B中，可以發(fā)現(xiàn)僅為網(wǎng)格分辨率改變，但是運(yùn)算所得到的結(jié)構(gòu)差異甚大。階梯效應(yīng)(Stair-caseeffect):此現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于在去除網(wǎng)格時(shí)，會(huì)對于所述的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊緣產(chǎn)生類似在鋸齒狀的現(xiàn)象。因此，最佳化的結(jié)果所得到結(jié)構(gòu)的邊界并不平滑而會(huì)有失真的問題。再將圖2A或者是圖2B的結(jié)果與圖3比較，其中圖3為Michell，sArc利用解析法所演算出的結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)所最佳化出來的結(jié)構(gòu)(圖2A或圖2B)與圖3還是有很大的落差，而造成最佳化失真的問題。綜合上述，因此亟需一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法來解決現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的為提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其是利用多邊形(polygon)來描述一幾何結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合有限單元分析，再根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)化式節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，使得所述的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)化，進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)最佳化的目的。本發(fā)明的次要目的為提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其是利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的方式，來進(jìn)行改變結(jié)構(gòu)構(gòu)形達(dá)到克服現(xiàn)有技術(shù)的網(wǎng)格相依性問題的目的。本發(fā)明的另一目的為提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其是利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的方式，來進(jìn)行改變結(jié)構(gòu)的構(gòu)形以克服現(xiàn)有技術(shù)在最佳化過程中所產(chǎn)生的階梯效應(yīng)問題，進(jìn)而達(dá)到平滑結(jié)構(gòu)邊界的目的。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其是包括有下列步驟(a)決定一設(shè)計(jì)區(qū)域，以及給予所述的設(shè)計(jì)區(qū)域至少一邊界條到屬于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布；(c)根據(jù)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布，移動(dòng)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)，以形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域；以及(d)根據(jù)步驟(b)所形成的設(shè)計(jì)區(qū)域重復(fù)執(zhí)行步驟(b)至(d)以成形一結(jié)構(gòu)。較佳的是，所述的步驟(c)還包括有下例步驟(cl)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界上的節(jié)點(diǎn)中尋找出應(yīng)力值小于一預(yù)設(shè)門坎值的至少一邊界節(jié)點(diǎn)；(c2)分別對所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)決定出對應(yīng)的一位移方向與一位移量；以及(c3)根據(jù)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的所述的位移方向以及所述的位移量進(jìn)行動(dòng)分別移動(dòng)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)，以進(jìn)化形成所述的新的設(shè)計(jì)區(qū)域。其中所述的步驟(c2)還包括有下列步驟(c21)分別以所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立兩基準(zhǔn)軸；(c22)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)分別搜尋在所述的兩基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)；以及(c23)根據(jù)相對于所述的邊界節(jié)點(diǎn)的兩基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力點(diǎn)，決定出所述的邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向以及位移量。所述的二基準(zhǔn)軸的夾角是大于零度以及小于等于90度。所述的位移方向以及位移量是可為一相對距離以及一相對應(yīng)力的函數(shù)，其中所述的相對距離為所述的邊界節(jié)點(diǎn)與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)間的距離，而所述的相對應(yīng)力為所述的邊界節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力的比值。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明更提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其是包括有下列步驟(a)決定一設(shè)計(jì)區(qū)域，以及給予所述的設(shè)計(jì)區(qū)域至少一邊界得到屬于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布；(c)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成至少一空洞區(qū)域；(d)根據(jù)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布，移動(dòng)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)以及移動(dòng)所述的空洞區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)，以形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域；以及(e)根據(jù)步驟(d)所形成的設(shè)計(jì)區(qū)域重復(fù)執(zhí)行步驟(b)至(e)步驟以成形一結(jié)構(gòu)。較佳的是，所述的步驟(d)還包括有下列步驟(dl)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界尋找出應(yīng)力值小于一預(yù)設(shè)門坎值的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)；(d2)在所述的至少一空洞區(qū)域的邊界找出應(yīng)力值小于所述的預(yù)設(shè)門坎值的至少一空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)；(d3)分別對所述的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域與空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)決定出對應(yīng)的一位移方向與一位移量；以及(d4)根據(jù)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的所迷的位移方向以及所述的位移量進(jìn)行動(dòng)分別移動(dòng)所述的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域與空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)，以進(jìn)化形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域。其中所述的步驟(d3)還包括有下列步驟(d31a)分別以所述的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立兩基準(zhǔn)軸；(d32a)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)分別搜尋在所述的兩基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)；以及(d33a)根據(jù)相對于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的兩基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力點(diǎn)，決定出所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向以及位移量。此外，所述的步驟(d3)還包括有下列步驟(d31b)分別以所述的至少一空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立兩基準(zhǔn)軸；(d32b)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)分別搜尋在所述的兩基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)；以及(d33b)根據(jù)相對于所述的空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的兩基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力點(diǎn)，決定出所述的空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向以及位移量。較佳的是，其中所述的步驟(c)還包括有下列步驟(cl)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域中尋找應(yīng)力值小于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的最小應(yīng)力值的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)(ineffectivepoint);(c2)在所述的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)中尋找出應(yīng)力值最小的無效節(jié)點(diǎn)；(c3)以所述的最小的無效節(jié)點(diǎn)為中心，形成一無效區(qū)域；(c4)將所述的無效區(qū)域中所涵蓋的節(jié)點(diǎn)去除；以及(c5)重復(fù)進(jìn)行步驟(c2)至步驟(c5)以在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成所述的至少一空洞。所述的無效區(qū)域是可為一圓形、多邊形或者是可由弧線以及直線所構(gòu)成的封閉區(qū)域。較佳的是，所述的步驟(c)還包括有下列步驟(cl)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域中尋找應(yīng)力值小于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的最小應(yīng)力值的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)；(c2)刪除不必要的無效節(jié)點(diǎn)；(c3)在未刪除的所述的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)中尋找出應(yīng)力值最小的無效節(jié)點(diǎn)；(c4)以所述的最小的無效節(jié)點(diǎn)為中心，形成一無效區(qū)域；(c5)將所述的無效區(qū)域中所涵蓋的節(jié)點(diǎn)去除；以及(c6)重復(fù)進(jìn)行步驟(c3)至步驟(c6)以在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成所述的至少一空洞。所述的步驟(c2)還包括有下列步驟(c20)將所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界向設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部擴(kuò)張一特定距離；(c21)根據(jù)所述的特定距離，判斷是否要?jiǎng)h除在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)；以及(c22)判斷所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)是否有至少一空洞區(qū)域。此外，所述的步驟(c2)，還包括有下列步驟(c23)如果有至少一空洞區(qū)域的話，將所述的至少一空洞區(qū)域的邊界向設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)擴(kuò)張一第二特定距離；以及(c24)根據(jù)所述的第二特定距離，判斷是否要?jiǎng)h除在所述的空洞區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)。其中所述的步驟(c21)是還包括有下列步驟(c210)量測所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)與所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界的一距離；以及(c211)判斷所述的距離是否小于所述的第一特定距離，如果小于所述的特定距離的話，則刪除所述的無效節(jié)點(diǎn)。所述的步驟(c24)是還包括有下列步驟(c240)量測所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)與所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界的一距離；以及(c241)判斷所述的距離是否小于所述的第一特定距離，如果小于所述的特定距離的話，則刪除所述的無效節(jié)點(diǎn)。較佳的是，所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其是還包括有如果相鄰的空洞區(qū)域其邊界的距離小于一臨界距離時(shí)，則將相鄰的空洞區(qū)域合而為一的步驟。其中將相鄰的空洞區(qū)域整合為一的步驟還包括有下列步驟偵測所述的相鄰的空洞區(qū)域的邊界節(jié)點(diǎn)；將空洞區(qū)域的邊界節(jié)點(diǎn)整合以形成一的大的空洞區(qū)域；以及刪除兩個(gè)空洞區(qū)域之間不必要的節(jié)點(diǎn)以形成一新的空洞區(qū)域。較佳的是，所述的步驟(c)是還包括有判斷所述的空洞區(qū)域數(shù)量以控制拓樸演算分辨率(topologyresolutions)的一步驟。圖1A為將幾何結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化示意圖；圖1B與圖1C是分別為網(wǎng)格化的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A為在圖1B的網(wǎng)格狀況下對結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行最佳化演算所進(jìn)化的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B為在圖1C的網(wǎng)格狀況下對結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行最佳化演算所進(jìn)化的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為Michdl'sArc利用解析法所演算出的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A為本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法的第一較佳實(shí)施例流程示意圖；圖4B為本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法的第一較佳實(shí)施例的設(shè)計(jì)區(qū)域示意圖；圖5A為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中移動(dòng)邊界節(jié)點(diǎn)的步驟流程示意圖；圖5B為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中決定節(jié)點(diǎn)位移方向與位移量的較佳實(shí)施例流程示意圖；圖5C為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中的邊界節(jié)點(diǎn)的示意圖；圖5D為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中以復(fù)數(shù)個(gè)網(wǎng)格線分割設(shè)計(jì)區(qū)域以決定位移量示意圖；圖5E為本發(fā)明兩基準(zhǔn)軸夾角示意圖；圖6為橋梁結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法的第二較佳實(shí)施例流程示意圖；圖8A為本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例中的形成空洞流程示意圖；圖8B為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中刪除設(shè)計(jì)區(qū)域邊界內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)流程示意圖；圖8C為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中刪除無效區(qū)域邊界內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)流程示意圖；圖8D為本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例中的形成空洞另一較佳實(shí)施流程示意圖；圖9A與圖9B為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中的第一特定距離以及第二特定距離示意圖；圖10A為移動(dòng)邊界節(jié)點(diǎn)的步驟流程示意圖；圖IOB與圖IOC為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中決定節(jié)點(diǎn)位移方向與位移量的較佳實(shí)施例流程示意圖；圖IIA與圖IIB是分別為將兩個(gè)空洞區(qū)域整合為一的流程圖以及示意圖；圖12A為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中的方法應(yīng)用在Michell，sArc所得到的結(jié)果示意圖；圖12B為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中的方法應(yīng)用在懸臂梁所得到的結(jié)果示意圖。附圖標(biāo)記說明2-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法；2022-步驟；220222-步驟；2210~2212-步驟；3-設(shè)計(jì)區(qū)域；30-邊界；31-設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部；302、303、312、313-未在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)；315-無效區(qū)域；3150-邊界；316、317、318、319-無效節(jié)點(diǎn)；4-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法；40~49-步驟；401402-步驟；411-412-步驟；430~433-步驟；4320~4326-步驟；460469-步驟；4610~4611-步驟；46704672-步驟；46904693-步驟；4a-步驟；8-設(shè)計(jì)區(qū)域；80-網(wǎng)格；90-幾何結(jié)構(gòu)；901、902、903-網(wǎng)格；92、93-間隔距離；94-第一特定距離；95-第二特定距離；f夾角。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。請參閱圖4A所示，所述的圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法的第一較佳實(shí)施例流程示意圖。本方法的目的在于對任一設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)外形的最佳化，也即通過移動(dòng)設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界上的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)化設(shè)計(jì)區(qū)域的構(gòu)形至一最佳化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。所述的方法2首先利用步驟20，決定一設(shè)計(jì)區(qū)域，以及給予所述的設(shè)計(jì)區(qū)域至少一邊界條件。所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的形狀可為任意的形狀，一般而言可以為矩形，如圖4B所示。此外，所述的設(shè)計(jì)區(qū)域可以為一平面區(qū)域或者是立體區(qū)域，或者是具有初始外形的結(jié)構(gòu)。所述的具有初始外形的結(jié)構(gòu)為可以預(yù)先設(shè)計(jì)好一構(gòu)形，然后以所述的構(gòu)形為基礎(chǔ)進(jìn)行最佳化。在還沒有最佳化開始前，選擇任一設(shè)計(jì)區(qū)域的形狀，也即，設(shè)計(jì)者并不預(yù)先以先入為主的概念認(rèn)定設(shè)計(jì)物的外形，而只是給予邊界條件，憑借本發(fā)明的發(fā)法改變所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的構(gòu)形，進(jìn)而最后得到最佳化的結(jié)構(gòu)外形。所述的邊界條件可以視設(shè)計(jì)需求而定。接著，進(jìn)行步驟21,網(wǎng)格化所述的設(shè)計(jì)區(qū)域以對所述的設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行有限單元應(yīng)力分析(FiniteElementAnalysis，F(xiàn)EM),以得到屬于所述的"i殳計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布。請參閱圖4B所示，在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域8中具有復(fù)數(shù)個(gè)網(wǎng)格80分布在整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域8內(nèi)。所述的網(wǎng)格80可以為三角形或者是四邊形，甚至為多邊形或是無特定結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格。產(chǎn)生所述的網(wǎng)格的方式可以利用現(xiàn)有的應(yīng)力分析軟件的網(wǎng)格產(chǎn)生器(meshgenerator)來產(chǎn)生。產(chǎn)生了網(wǎng)格的后，即可進(jìn)行有限單元應(yīng)力分析，來得到屬于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域在所述的邊界條件下的應(yīng)力分布。再回到圖4A所示，接下來進(jìn)行步驟22,根據(jù)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布，移動(dòng)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)，以形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域。所述的步驟22的細(xì)節(jié)可以配合參閱圖5A所示，所述的圖為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中移動(dòng)邊界節(jié)點(diǎn)的步驟流程示意圖。首先進(jìn)行步驟220，在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界上的節(jié)點(diǎn)中尋找出應(yīng)力值小于一預(yù)設(shè)門坎值的至少一邊界節(jié)點(diǎn)。在前述步驟21中，經(jīng)過有限單元應(yīng)力分析的后，在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)可以找一應(yīng)力值做為尋找邊界節(jié)點(diǎn)的所述的預(yù)設(shè)門坎值。在本實(shí)施例中，所述的預(yù)設(shè)門坎值可為有限單元應(yīng)力分析后所得到的最大蒙氏應(yīng)力(MaximumVonMiseStress)值與一最佳比值(optimumratio,OR)的乘積("A"w)。將所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界上所有節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值與所述的預(yù)設(shè)門坎值比較找出小于所述的預(yù)設(shè)門坎值的至少一邊界節(jié)點(diǎn)。步驟220的后，接著進(jìn)行步驟221,分別對所述的邊界節(jié)點(diǎn)決定出對應(yīng)的一位移方向與一位移量。請參閱圖5B所示，所述的圖為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中決定節(jié)點(diǎn)位移方向與位移量的較佳實(shí)施例流程示意圖。決定位移方向與位移量的方法更可以包括下列步驟首先進(jìn)行步驟2210，分別以所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立兩基準(zhǔn)軸，在本實(shí)施例中，所述的兩基準(zhǔn)軸為一水平軸以及一垂直軸。然后進(jìn)行步驟2211,分別在水平軸與所述的垂直軸上尋找最大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)。最后再進(jìn)行步驟2212,根據(jù)相對于所述的邊界節(jié)點(diǎn)的水平軸與垂直軸上的最大應(yīng)力點(diǎn)，決定出所述的邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向以及位移量。其中所述的位移方向以及位移量是可為一相對距離以及一相對應(yīng)力的函數(shù)，其中所述的相對距離為所述的邊界節(jié)點(diǎn)與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)間的距離，而所述的相對應(yīng)力為所述的邊界節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力的比值。請參閱圖5C與圖5D所示，其中圖5C為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中的邊界節(jié)點(diǎn)的示意圖；圖5D為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中以復(fù)數(shù)個(gè)網(wǎng)格線分割設(shè)計(jì)區(qū)域以決定位移量示意圖。以圖5C與圖5D來說明圖5B的流程。在圖5C中的設(shè)計(jì)區(qū)域3的邊界30上具有復(fù)數(shù)個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)(圖中僅以節(jié)點(diǎn)301表示)，這些邊界節(jié)點(diǎn)的選擇方式是通過前述的步驟20產(chǎn)生的。以邊界節(jié)點(diǎn)301為例，以節(jié)點(diǎn)301為原心建立起一垂直軸Y以及一水平軸X,并且定義間隔距離，如圖5D所示，間隔距離92、93代表著X方向以及Y方向之間隔距離，以便定義節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間的相對位置。接著分別搜尋在所述的軸上的最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)，如下表一所示，所述的表是表示以所述的節(jié)點(diǎn)301為原心，X軸方向所有節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力以及其位置。表一得知，以所述的邊界節(jié)點(diǎn)301為原點(diǎn)，在X方向通過所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部31的所有節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值中，其最大的應(yīng)力位置即在邊界節(jié)點(diǎn)301上，其最大的應(yīng)力值為100Mpa。表中的NaN代表所述的點(diǎn)并未在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)，也即在圖5D中的點(diǎn)302與303。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>得知，以所述的邊界節(jié)點(diǎn)301為原點(diǎn)，在Y方向通過所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部31的所有節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值中，其最大的應(yīng)力位置即在節(jié)點(diǎn)311上，也即與邊界節(jié)點(diǎn)在Y方向上相距5個(gè)間隔距離93，其應(yīng)力值為225Mpa。表中的NaN代表所述的點(diǎn)并未在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)，也即在圖5D中的點(diǎn)312與313。表二應(yīng)力值(Mpa)NaN100148157168179225182188NaN與邊界節(jié)點(diǎn)在Y方向間隔距離-l012345678在得知到相對于所述的邊界節(jié)點(diǎn)301的最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)位置的后，即可進(jìn)行前述的步驟2112決定位移方向與位移量。位移方向與位移量的公式如式(1)與式(2)所示。A=工+—(!)〗;二1;+《，'(f^e/)1-卜J—re/j"................(2)其中，等號右邊的Xi，Yi代表邊界節(jié)點(diǎn)目前的位置，而等號左邊的Xi，Yi則為經(jīng)由運(yùn)算后新的位移位置。Px一ref、Py一ref則代表在表一與表二中所尋找出來的最大應(yīng)力值與邊界節(jié)點(diǎn)分別在X方向^Y方向相距之間隔距離。以邊界節(jié)點(diǎn)301為例，也即，Px—ref-O、Py—ref=5。而sgn則代表正(原點(diǎn)的右方以及上方)或者是負(fù)(原點(diǎn)的i方以及下^)。(7i則代表所述的邊界節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力大小，以邊界節(jié)點(diǎn)301為例則ffi=1OOMPa。(rx—ref、ay—ref則代表在表一與表二中所尋找出來X方向與Y方向的最大應(yīng)力值，i即，(jx—ref=1OOMPa、ay—ref=225MPa。Xd、Yd則代表比例函數(shù)值，是事先決定的值，i比例函數(shù)值的大J、代表著位移分辨率的高低，也會(huì)影響到系統(tǒng)運(yùn)算的速度，因此可以根據(jù)需求而自定。經(jīng)由式(l)與式(2)的運(yùn)算后，即可得到位移方向與位移量。請參閱圖5E所示，所述的圖為本發(fā)明的兩基準(zhǔn)軸另一較佳實(shí)施例示意圖。除了前述的水平軸以及垂直軸外，所述的兩基準(zhǔn)軸的夾角0也可以在O度與90度之間的非垂直方向(off-diagonaldirections)，只要再通過適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)轉(zhuǎn)換即可得知移動(dòng)的位移量與方向，因此并不以垂直與水平兩軸為限。另外，當(dāng)Px一ref或Py—ref為0的時(shí)候，式(1)或式(2)的Px—ref或Py—ref絕對值的倒數(shù)會(huì)變成無窮大，但是因?yàn)楫?dāng)Px—ref或Py—ref為0時(shí),ffi=ffx—ref或ffi=(iy—ref,所以整個(gè)(1-cri/(7x—ref)或(1-ai/ffy—ref)等于0。15換言的，式(1)或式(2)中的整項(xiàng)乘積為0。所以如果Px一ref或Py一ref為0的時(shí)候，則代表著所述的邊界節(jié)點(diǎn)并不需要被移動(dòng)。運(yùn)算出邊界節(jié)點(diǎn)的位移量與方向的后，再回到圖5A所示，進(jìn)行步驟222，根據(jù)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的所述的位移方向以及所述的位移量進(jìn)行動(dòng)分別移動(dòng)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)，以進(jìn)化形成所述的新的設(shè)計(jì)區(qū)域。以圖5C為例子，運(yùn)算完畢邊界節(jié)點(diǎn)301的后，再對其它滿足步驟22()的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)行圖5A與圖5B的步驟，當(dāng)所有的邊界節(jié)點(diǎn)移動(dòng)完畢的后，則所述的設(shè)計(jì)區(qū)域3會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的形狀出現(xiàn)。然后，再回到圖4A所示，如此反復(fù)進(jìn)行圖4A的步驟，則將原先的設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)化成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)外形，以達(dá)到最佳化結(jié)構(gòu)外形的目的。圖4A為通過移動(dòng)設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的節(jié)點(diǎn)，將原先的任意設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)化成一最佳化結(jié)構(gòu)外部形狀的方法。然而在某些場合利用的下，例如圖6所示，其為一橋梁結(jié)構(gòu)示意圖。所述的橋梁結(jié)構(gòu)除了具由梯形的外形，其內(nèi)部是由復(fù)數(shù)個(gè)鋼架所交互連接而成，這類型的結(jié)構(gòu)還有像電塔或者是如機(jī)翼的骨架等，其結(jié)構(gòu)本體內(nèi)總是會(huì)有些鏤空或者是空間產(chǎn)生。這樣鏤空或者是空間的設(shè)計(jì)有一個(gè)重要的考慮即是要在功能維持的狀態(tài)下，還能夠減少不必要的材料以求能更降低制造成本。因此，這類型結(jié)構(gòu)的最佳化設(shè)計(jì)除了需要前述的外形最佳化的方法外，必須要再結(jié)合拓樸演算來達(dá)成。接下來就以本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例來說明。請參閱圖7所示，所述的圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法的第二較佳實(shí)施例流程示意圖。本方法基本上包括兩個(gè)部分第一個(gè)部分為改變設(shè)計(jì)區(qū)域的外形，第二部分為在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)挖設(shè)空洞，然后再根據(jù)第一部份的算法移動(dòng)所述的空洞的邊界，通過將第一部份以及第二部分反復(fù)的運(yùn)算，即可產(chǎn)生最佳化的構(gòu)形。所述的方法4的步驟如下首先進(jìn)4于步驟40,對一i殳計(jì)區(qū)域進(jìn)行初步的應(yīng)力分析，其是以步驟401先決定一設(shè)計(jì)區(qū)域，以及給予所述的設(shè)計(jì)區(qū)域至少一邊界條件。然后進(jìn)行步驟402,網(wǎng)格化所述的設(shè)計(jì)區(qū)域以進(jìn)行有限單元應(yīng)力分析。所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的形狀可為任意的形狀，一般而言可以為矩形。此外，所述的設(shè)計(jì)區(qū)域可以為一平面區(qū)域或者是立體區(qū)域，或者是具有初始外形的結(jié)構(gòu)。接著進(jìn)行步驟41，對于分析的應(yīng)力分布結(jié)果進(jìn)行判斷，判斷的步驟分成兩個(gè)，首先以步驟411判斷一最佳比值(optimumratio,OR)是否超過上限。在本實(shí)施例中，OR值如果為1的話則會(huì)進(jìn)行步驟4a演算停止。反的如果OR值小于1的話，與最大蒙氏應(yīng)力(VonMisesStress)的乘積(w)作為一預(yù)設(shè)門坎值。然后，看所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界上或者是空洞區(qū)域邊界上的節(jié)點(diǎn)其應(yīng)力值是否有小于所述的預(yù)設(shè)門坎值。如果沒有的話，則進(jìn)行步驟42調(diào)整OR值也即OR-OR+SOR,以產(chǎn)生新的OR值。然后再回到步驟41重新判斷，直到找到滿足步驟412條件的節(jié)點(diǎn)為止。由于在一開始時(shí)，還沒有產(chǎn)生空洞區(qū)域，因此在步驟412的空洞區(qū)域部分先跳過。如果有小于所述的預(yù)設(shè)門坎值的節(jié)點(diǎn)的話，則進(jìn)行步驟43，移動(dòng)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上滿足步驟412條件的至少一節(jié)點(diǎn)。而移動(dòng)的方式就如本案前述的第一較佳實(shí)施例的方法，在此不做贅述。至于步驟43中移動(dòng)空洞區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)的程序，因?yàn)閯傞_始尚未在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)開設(shè)空洞，因此，此部分則跳過。移動(dòng)邊界節(jié)點(diǎn)完畢的后，則進(jìn)行步驟44,將改變的設(shè)計(jì)區(qū)域外形，再度進(jìn)行一次有限單元應(yīng)力分析。然后進(jìn)行步驟45，根據(jù)應(yīng)力分析的結(jié)果，在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)尋找出應(yīng)力值小于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)中最小應(yīng)力值的節(jié)點(diǎn)，此類節(jié)點(diǎn)即為無效節(jié)點(diǎn)。如果有無效節(jié)點(diǎn)的話則繼續(xù)進(jìn)行步驟46,在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成空洞區(qū)域。請參閱圖8A所示，所述的圖為本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例中的形成空洞流程示意圖。為了形成空洞區(qū)域，首先會(huì)先進(jìn)行步驟460，將所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界向設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部擴(kuò)張一第一特定距離94,其結(jié)果如圖9A所示。再回到圖8A所示，接著進(jìn)行步驟461,判斷是否要?jiǎng)h除在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)。如圖8B所示，所述的步驟461還包括有步驟4610,量測所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)與所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界的距離。然后進(jìn)行步驟4611，如果所述的距離小于所述的第一特定距離94的話，則刪除所述的無效節(jié)點(diǎn)。以圖9A來做說明，在圖9A中，節(jié)點(diǎn)316、317都是屬于無效節(jié)點(diǎn)，由于節(jié)點(diǎn)316與所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界30的距離大于所述的第一特定距離94，因此不需刪除。而對于節(jié)點(diǎn)317而言，由于其與設(shè)計(jì)區(qū)域邊界30的距離小于所述的第一特定距離94，因此所述的節(jié)點(diǎn)317需要?jiǎng)h除。刪除完靠近所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界30的節(jié)點(diǎn)的后，再回到圖8A所示，先判斷設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)是否有空洞區(qū)域，如果有的話則則進(jìn)行則以步驟462刪除鄰近空洞區(qū)域邊界的無效節(jié)點(diǎn)。如果沒有的話則進(jìn)行步驟463，將未被刪除的節(jié)點(diǎn)記錄下來。接著進(jìn)行步驟464,在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)未刪除的無效節(jié)點(diǎn)中，尋找一應(yīng)力值最小的無效節(jié)點(diǎn)。接著進(jìn)行步驟465,以最小的無效節(jié)點(diǎn)為中心，形成一無效區(qū)域。所述的無效區(qū)域可以為任一的形狀，如圓形或者是多邊形甚至不規(guī)則的封閉區(qū)域。在本實(shí)施例中，所述的無效區(qū)域?yàn)閳A形。至于無效區(qū)域的大小可以根據(jù)需求而定，較佳的是，所述的無效區(qū)域最好小于無效節(jié)點(diǎn)群集的區(qū)域，如圖9A中無效節(jié)點(diǎn)316的附近有復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)所形成的群集區(qū)域，因此所述的無效區(qū)域的范圍最好小于所述的群集區(qū)域。的后，再進(jìn)行步驟466，將所述的無效區(qū)域中所涵蓋的無效節(jié)點(diǎn)去除，以形成一空洞區(qū)域。以圖9A做前述步驟的說明，假設(shè)無效節(jié)點(diǎn)318為所述的設(shè)計(jì)區(qū)域中的應(yīng)力值最小的節(jié)點(diǎn)，以所述的節(jié)點(diǎn)318為中心形成一個(gè)圓。所述的圓內(nèi)部涵蓋有復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)，然后將在所述的圓內(nèi)部的無效節(jié)點(diǎn)通通刪除。而無效區(qū)域就會(huì)形成如圖9B的狀態(tài)。再回到圖8A所示，步驟466的后，接著進(jìn)行步驟467，刪除鄰近所述的空洞區(qū)域邊界的無效節(jié)點(diǎn)。刪除鄰近邊界的無效節(jié)點(diǎn)的目的在于，如果這些節(jié)點(diǎn)不刪除的話，容易于步驟465中形成空洞，由于這些無效節(jié)點(diǎn)鄰近空洞區(qū)域邊界，因此形成空洞時(shí)也不完整，反而造成整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域的不連續(xù)性。所述的步驟467更可以分成下列步驟，請參閱圖8C所示，所述的圖為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中刪除無效區(qū)域邊界內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)流程示意圖。首先進(jìn)行步驟4670，將所述的無效區(qū)域的邊界向所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)擴(kuò)張一第二距離。然后進(jìn)行步驟4671,量測所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)與所述的空洞區(qū)域的邊界的距離，然后進(jìn)行步驟4672，如果所述的距離小于所述的第二特定距離的話，則刪除所述的無效節(jié)點(diǎn)。以圖9B來說明前述的步驟，其中無效區(qū)域315的邊界3150向外擴(kuò)張一第二距離95,無效節(jié)點(diǎn)319與所述的無效區(qū)域邊界3150的距離小于所迷的第二特定距離，因此無效節(jié)點(diǎn)319要?jiǎng)h除。反的，像圖9B中的節(jié)點(diǎn)316則因?yàn)榕c所述的邊界3150的距離大于所述的第二特定距離95，因此不需要?jiǎng)h除。再回到圖8A所示，步驟467的后，進(jìn)行步驟468,判斷所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)是否還有無效節(jié)點(diǎn)，如果還有的話則繼續(xù)重復(fù)步驟464至步驟468。如過沒有的話，則.回到圖7進(jìn)行步驟46。而在圖8A中的步驟4具體實(shí)施方式，是與步驟467相同，在此不做贅述。請參閱圖8D所示，所述的圖為本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例中的形成空洞另一較佳實(shí)施流程示意圖。除了圖8A的方式外，圖8D的實(shí)施例中，更在步驟468與步驟467之間，增設(shè)一判斷所述的空洞區(qū)域數(shù)量以控制拓樸演算分辨率(topologyresolutions)的一步驟468a。由于考慮到材料制作與實(shí)際需求，因此在進(jìn)行挖設(shè)空洞區(qū)域時(shí)，并不一定需要將開設(shè)所有的空洞區(qū)域。因此使用者可以根據(jù)實(shí)際需要，通過控制拓樸解接度來設(shè)計(jì)所需的結(jié)構(gòu)，如此不但可以達(dá)到簡化將來使體制造加工程序，也可以加快演算效率。再回到圖7所示，當(dāng)步驟46進(jìn)行完畢的后，則進(jìn)行步驟47,再度進(jìn)行有限單元分析。接著，再進(jìn)行步驟48，判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)門坎值的步驟。所述的步驟48為判斷所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的應(yīng)力值最小的節(jié)點(diǎn)，其應(yīng)力值是否小于預(yù)設(shè)門坎值("^°^)。如果沒有小于預(yù)設(shè)門坎值的話則再回到步驟43，進(jìn)行移動(dòng)設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)以及移動(dòng)空洞區(qū)域邊界上的節(jié)點(diǎn)。如圖10A所示，所述的圖為移動(dòng)邊界節(jié)點(diǎn)的步驟流程示意圖。通過步驟430與431憑借于步驟47npKA/max中應(yīng)力分析的后的結(jié)果，尋找設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上應(yīng)力值小于預(yù)設(shè)門坎值(0^0^)至少一設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)；尋找設(shè)空洞區(qū)域邊界上應(yīng)力值小于預(yù)設(shè)門坎值np瞎max(C/AO"w)至少一空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)。然后通過步驟432,決定出位移量與位移方向。再通過步驟433,根據(jù)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的所迷的位移方向以及所述的位移量進(jìn)行動(dòng)分別移動(dòng)所述的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域與空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)，以進(jìn)化形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域。位移的公式如前述式0)與式(2)所示，在此不做贅述。步驟432中的決定位移量與位移方向步驟如圖10B與圖10C所示，其中，圖10B為決定所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向與位移量流程，圖10C則為移動(dòng)所述的黑洞區(qū)域邊界上節(jié)點(diǎn)的流程。如圖10B所示，以步驟4320分別以滿足條件的節(jié)點(diǎn)為圓心建立一水平軸與垂直軸。然后，通過步驟4321在垂直軸與水平軸通過的區(qū)域?qū)ふ易畲髴?yīng)力的節(jié)點(diǎn)。接著進(jìn)行步驟4322，決定出位移分向以及位移量。位移的公式如前述式(1)與式(2)所示，在此不做贅述。決定方式如前述第一較佳實(shí)施例所述，在此不做贅述。而圖10C的過程也類似圖10B的程序，在此不做贅述。再回到圖7所示，步驟43的后反復(fù)進(jìn)行步驟46至48的步驟，一直到滿足步驟48的條件為止。此時(shí)，由于反復(fù)執(zhí)行步驟46會(huì)形成復(fù)數(shù)個(gè)空洞區(qū)域，而空洞區(qū)域邊界與空洞區(qū)域邊界之間的區(qū)域會(huì)有粗細(xì)的差別，細(xì)的區(qū)域承受較少的應(yīng)力。通常，在高分辨率的拓樸最佳化的演算中，空洞區(qū)域與空洞區(qū)域之間的區(qū)域?qū)挾葧?huì)隨著演算次數(shù)增加而逐漸變得越來越小。由于這些寬度細(xì)小的區(qū)域通常受到的較低的應(yīng)力，因此可以通過"如果相鄰的空洞區(qū)域其邊界的距離小于一臨界距離時(shí)，則將相鄰的空洞區(qū)域合而為一"的一步驟469,將兩個(gè)相鄰的空洞區(qū)域合而為一，以節(jié)省演算的效率。請參閱圖11A所示，所迷的圖為將兩個(gè)空洞區(qū)域整合為一的流程示意圖。首先執(zhí)行步驟4690,找出滿足步驟469的空洞區(qū)域，也即距離D小于預(yù)設(shè)的臨界距離，(如圖11B(a)所示)，然后進(jìn)4亍步驟4691,偵測所述的些空洞區(qū)域的邊界節(jié)點(diǎn)(如圖11B(b)所示)。接著，進(jìn)行步驟4692,將邊界區(qū)域的節(jié)點(diǎn)整合以形成一的大的空洞區(qū)域(如圖11B(c)所示)。最后，再進(jìn)行步驟4693刪除兩個(gè)空洞區(qū)域之間不必要的節(jié)點(diǎn)(如圖11B(d)所示)，以形成一新的空洞區(qū)域。當(dāng)滿足步驟48的條件后，則進(jìn)行步驟49將OR值設(shè)成零，然后再進(jìn)行步驟42。最后回到步驟41重新反復(fù)進(jìn)行前述的步驟直到演算停止的步驟4a為止，以形成一最佳化的結(jié)構(gòu)。為了讓圖7的步驟更清楚，本發(fā)明利用兩個(gè)實(shí)施例，來對應(yīng)說明。請參閱圖7以及圖12A所示，其中圖12A為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中的方法應(yīng)用在Michell，sArc所得到的結(jié)果示意圖。在步驟40中，基本上所產(chǎn)生的對應(yīng)圖結(jié)果為圖12A的(a)圖所示。一開始的時(shí)候以矩形區(qū)域作為設(shè)計(jì)區(qū)域，當(dāng)然也可以為其它形狀，并不以矩形為限。而(a)圖中的網(wǎng)格則為為了進(jìn)行有限單元分析而產(chǎn)生的。產(chǎn)生網(wǎng)格的方式都為現(xiàn)有的技術(shù)，在此不做贅述。一開始由于設(shè)計(jì)區(qū)域并沒有挖空洞，因此進(jìn)行到步驟43時(shí)，只有設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)。所以得到的結(jié)果也只是改變設(shè)計(jì)區(qū)域的外形，可以對應(yīng)圖12A的(b)圖所示。這樣的結(jié)果也是本發(fā)明前述的第一較佳實(shí)施例在進(jìn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生的結(jié)果，也即僅對設(shè)計(jì)區(qū)域的外形進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)。當(dāng)進(jìn)行步驟45與46的時(shí)候，便會(huì)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部開始形成空洞區(qū)域，如圖12A的(c)圖所示。在此的前的步驟都是對邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)行外形上的最佳化移動(dòng)，當(dāng)開始在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成空洞時(shí)其則代表著拓樸算法的最佳化程序開始進(jìn)行。當(dāng)反復(fù)(iteration)的進(jìn)行步驟40到49的過程中，設(shè)計(jì)區(qū)域與空洞區(qū)域的邊界的外形會(huì)改變，而空洞區(qū)域的數(shù)量也會(huì)增加，如圖12A的(d)到(g)圖所示。當(dāng)反復(fù)運(yùn)算到步驟4a時(shí)，運(yùn)算停止，而原先的設(shè)計(jì)區(qū)域也會(huì)從矩形變成像圖12A的(h)圖的樣態(tài)，而產(chǎn)生一最佳化結(jié)構(gòu)。在步驟45與46挖洞的過程，其所代表的意義在于可以得到結(jié)構(gòu)的粗細(xì)，并且將不需要的材料去除，進(jìn)而達(dá)到省制造成本的目的。請將圖12A的(h)圖與圖2A、2B相比較，可以發(fā)現(xiàn)利用本發(fā)明的方法，的卻解決了現(xiàn)有技術(shù)的網(wǎng)格相依性與階梯效應(yīng)等問題。圖12A的(h)圖的結(jié)果也與圖3的解析法所得的結(jié)果相當(dāng)接近。請參閱圖12B所示，所述的圖為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中的方法應(yīng)用在懸臂梁所得到的結(jié)果示意圖。通過這個(gè)實(shí)施例，是利用本發(fā)明的方法最佳化旋臂結(jié)構(gòu)的結(jié)果。更具體的說，本發(fā)明憑借將邊界節(jié)點(diǎn)向具由高應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)方向移動(dòng)，因此可視為將具有高應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)區(qū)域的材料予以保留，而將低應(yīng)力節(jié)點(diǎn)區(qū)域材料去除。通過反復(fù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，因此可以將不受力或者是受力低的材料去除，保留承受高應(yīng)力的材料區(qū)域，最后達(dá)到最佳化結(jié)構(gòu)的目的。本發(fā)明還有另一個(gè)特點(diǎn)，就是進(jìn)化過程的每一次演算都可以追溯而且不是黑箱式作業(yè)(non-blackboxandtraceablefashion),而且結(jié)構(gòu)每一次進(jìn)化都產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)，如過進(jìn)化100次就有100的新的設(shè)計(jì)，當(dāng)然，雖然每一個(gè)設(shè)計(jì)都差不多，但是基于設(shè)計(jì)需求以及成本的角度而言，產(chǎn)品設(shè)計(jì)只要有一點(diǎn)差異，就可以變成新的樣式。以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，當(dāng)不能以的限制本發(fā)明范圍。即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，也不脫離本發(fā)明的精神和范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施狀況。綜合上述，本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的方式，除了可以進(jìn)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)外，更可以解決現(xiàn)有最佳化算法中的網(wǎng)格相依性以及階梯效應(yīng)等問題，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更具真實(shí)性，因此可以滿足業(yè)界的需求，進(jìn)而提高所述的產(chǎn)業(yè)的竟?fàn)幜σ约皫?dòng)周遭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，誠已符合發(fā)明專利法所規(guī)定申請發(fā)明所需具備的要件，故依法呈提發(fā)明專利的申請。權(quán)利要求1.一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于其包括有下列步驟(a)決定一設(shè)計(jì)區(qū)域，以及給予所述的設(shè)計(jì)區(qū)域至少一邊界條件；(b)網(wǎng)格化所述的設(shè)計(jì)區(qū)域以對所述的設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行有限單元應(yīng)力分析，以得到屬于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布；(c)根據(jù)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布，移動(dòng)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)，以形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域；以及(d)根據(jù)步驟(b)所形成的設(shè)計(jì)區(qū)域重復(fù)執(zhí)行步驟(b)至(d)以成形一結(jié)構(gòu)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(c)還包括有下例步驟(c1)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界上的節(jié)點(diǎn)中尋找出應(yīng)力值小于一預(yù)設(shè)門坎值的至少一邊界節(jié)點(diǎn)；(c2)分別對所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)決定出對應(yīng)的一位移方向與一位移量；以及(c3)根據(jù)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的所述的位移方向以及所述的位移量進(jìn)行動(dòng)作分別移動(dòng)所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)，以進(jìn)化形成所述的新的設(shè)計(jì)區(qū)域。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(c2)還包括有下列步驟(c21)分別以所述的至少一邊界節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立二基準(zhǔn)軸；(c22)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)分別搜尋在所述的二基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)；以及(c23)根據(jù)相對于所述的邊界節(jié)點(diǎn)的所述的二基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力點(diǎn)，決定出所述的邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向以及位移量。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的二基準(zhǔn)軸的夾角是大于O度并小于等于90度。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的位移方向以及位移量為一相對距離以及一相對應(yīng)力的函數(shù)，其中所述的相對距離為所述的邊界節(jié)點(diǎn)與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)間的距離，而所述的相對應(yīng)力為所述的邊界節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力的比值。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所權(quán)利要求書第2/5頁述的設(shè)計(jì)區(qū)域?yàn)橐黄矫鎱^(qū)域、一矩形區(qū)域或具有初始外形的結(jié)構(gòu)其中之一。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所最大蒙氏應(yīng)力與一特定值的乘積。8、一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于其包括有下列步驟(a)決定一設(shè)計(jì)區(qū)域，以及給予所述的設(shè)計(jì)區(qū)域至少一邊界條件；到屬于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布；(c)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成至少一空洞區(qū)域；(d)根據(jù)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的應(yīng)力分布，移動(dòng)所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)以及移動(dòng)所述的空洞區(qū)域邊界上的至少一節(jié)點(diǎn)，以形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域；以及(e)根據(jù)步驟(d)所形成的設(shè)計(jì)區(qū)域重復(fù)執(zhí)行步驟(b)至(e)步驟以成形一結(jié)構(gòu)。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域?yàn)橐黄矫鎱^(qū)域、一矩形區(qū)域或具有初始外形的結(jié)構(gòu)其中之一。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(d)還包括有下列步驟(dl)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界尋找出應(yīng)力值小于一預(yù)設(shè)門坎值的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)；(d2)在所述的至少一空洞區(qū)域的邊界找出應(yīng)力值小于所述的預(yù)設(shè)門坎值的至少一空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)；(d3)分別對所述的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域與空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)決定出對應(yīng)的一位移方向與一位移量；以及(d4)根據(jù)所迷的至少一邊界節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的所述的位移方向以及所述的位移量進(jìn)行動(dòng)作分別移動(dòng)所述的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域與空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)，以進(jìn)化形成新的設(shè)計(jì)區(qū)域。11、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(d3)還包括有下列步驟(d31a)分別以所述的至少一設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立二基準(zhǔn)軸；(d32a)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)分別搜尋在所述的二基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)；以及(d33a)根據(jù)相對于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的所述的二基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力點(diǎn)，決定出所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向以及位移量。12、根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(d3)還包括有下列步驟(d31b)分別以所述的至少一第二邊界空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立二基準(zhǔn)軸；(d32b)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)分別搜尋在所述的二基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)；以及(d33b)根據(jù)相對于所述的空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的二基準(zhǔn)軸上的最大應(yīng)力點(diǎn)，決定出所述的空洞區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)的位移方向以及位移量。13、根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的二基準(zhǔn)軸的夾角是大于零度并小于等于90度。14、根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的位移方向以及位移量為一相對距離以及一相對應(yīng)力的函數(shù)，其中所述的相對距離為所述的邊界節(jié)點(diǎn)與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)間的距離，而所述的相對應(yīng)力為所述的邊界節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力與所述的基準(zhǔn)軸上最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力的比值。15、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于一特定值的乘積。16、根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(c)還包括有下列步驟(c1)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域中尋找應(yīng)力值小于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的最小應(yīng)力值的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)；(c2)在所述的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)中尋找出應(yīng)力值最小的無效節(jié)點(diǎn)；(c3)以所述的最小的無效節(jié)點(diǎn)為中心，形成一無效區(qū)域；(c4)將所述的無效區(qū)域中所涵蓋的節(jié)點(diǎn)去除；以及(c5)重復(fù)進(jìn)行步驟(c2)至步驟(c5)以在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成所述的至少一空洞。17、根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(c)還包括有下列步驟(cl)在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域中尋找應(yīng)力值小于所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界上的最小應(yīng)力值的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)；(c2)刪除不必要的無效節(jié)點(diǎn)；(c3)在未刪除的所述的復(fù)數(shù)個(gè)無效節(jié)點(diǎn)中尋找出應(yīng)力值最小的無效節(jié)點(diǎn)；(c4)以所述的最小的無效節(jié)點(diǎn)為中心，形成一無效區(qū)域；(c5)將所述的無效區(qū)域中所涵蓋的節(jié)點(diǎn)去除；以及(c6)重復(fù)進(jìn)行步驟(c3)至步驟(c6)以在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)形成所述的至少一空洞。18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(c2)還包括有下列步驟(c20)將所述的設(shè)計(jì)區(qū)域的邊界向設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部擴(kuò)張一特定距離；(c21)根據(jù)所述的特定距離，判斷是否要?jiǎng)h除在所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)；(c22)判斷所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)是否有至少一空洞區(qū)域；(c23)如果有至少一空洞區(qū)域的話，將所述的至少一空洞區(qū)域的邊界向設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)擴(kuò)張一第二特定距離；以及(c24)根據(jù)所述的第二特定距離，判斷是否要?jiǎng)h除在所述的空洞區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(c21)是還包括有下列步驟(c210)量測所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)與所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界的一距離；以及(c211)判斷所述的距離是否小于所述的第一特定距離，如果小于所述的特定距離的話，則刪除所述的無效節(jié)點(diǎn)。20、根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其中所述的步驟(c24)是還包括有下列步驟(c240)量測所述的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的無效節(jié)點(diǎn)與所述的設(shè)計(jì)區(qū)域邊界的一距離；以及(c241)判斷所述的距離是否小于所述的第一特定距離，如果小于所述的特定距離的話，則刪除所述的無效節(jié)點(diǎn)。21、根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于還包括有如果相鄰的空洞區(qū)域其邊界的距離小于一臨界距離時(shí)，則將相鄰的空洞區(qū)域合而為一的步驟。22、根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓樸進(jìn)化最佳化算法，其特征在于所述的步驟(c)是還包括有判斷所述的空洞區(qū)域數(shù)量以控制拓樸演算分辨率的一步驟。全文摘要本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓?fù)溥M(jìn)化最佳化算法，所述的方法是利用對具有邊界條件且任意形狀的一幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格化，并通過有限單元分析來分析所述的幾何結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，然后憑借移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)化所述的幾何結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形狀。在進(jìn)化的過程中，反復(fù)執(zhí)行網(wǎng)格化以及有限單元分析，最后將所述的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)化成一最佳化的結(jié)構(gòu)。憑借本發(fā)明的方法，可以克服傳統(tǒng)最佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遭遇到的網(wǎng)格相依性的問題，而且也可以讓最佳化的結(jié)構(gòu)具有平滑的幾何邊界。此外，本發(fā)明的方法所得到的結(jié)果也相當(dāng)接近理論分析的結(jié)果。文檔編號G06F17/50GK101241515SQ20071000755公開日2008年8月13日申請日期2007年2月6日優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日發(fā)明者周子勤,李雅萍,祝鈞毅,陳禹銘申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院