国际干流结构剖析软件的兴起进程

  “以史为镜，能够知兴替”，学习前史、从前史中取得学习，是人类社会一个永久的主题。在我国自主结构剖析软件开展的要害时期，充沛了解国外结构剖析软件开展演化的进程，对我国自主软件的开展具有重要的指导意义。

  结构剖析软件诞生于航空航天工程中杂乱配备研制对结构功用仿真剖析的需求，现在现已广泛使用于航空、航天、船只、轨道交通、轿车、电子产品等多个范畴，成为先进制作业进步产品功用、节约制作本钱、缩短研制周期的中心才能之一。

  结构剖析软件从上世纪60年代诞生到今日现现已历了近60年的开展前史，大致可分为军工驱动（1960S-1980S）、继续支撑（1980S-2000S）、商场推动（2000S-2010S）、重组强壮（2010S-今）四个阶段。

  1966年，美国航空航天局（NASA）为满意阿波罗登月项目中对结构剖析的迫切需求，美国政府安排开发了第一个工程有用的结构剖析软件NASTRAN（NASA Structurla Analysis），用于核算不具有可试验性的飞行器结构。1969年NASA推出其第一个NASTRAN版别，即NASTRAN Level 12。在登月方案完结后，为了满意美国的商场战略需求，美国政府将NASTRAN的源代码在美国揭露，MSC公司被指定为NASTRAN的保护商。

  1972年，David Hibbitt在美国布朗大学完结其博士论文，这期间他和他的导师开发了非线性有限元软件MARC。这以后，David猜测未来工业界将对结构剖析软件提出更高的要求（事实证明这个猜测是十分正确的），而其时的MARC软件在规划、精度和可靠性上均缺乏。因为David与其导师在是否深度改造MARC上发生严峻的不合，David后来树立HKS公司，研制另一套非线性软件ABAQUS。他的第一个客户是美国西屋核电公司，软件可核算核反应堆中核燃料棒的触摸、蠕变和松懈等问题。

  1976年美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室J.O.Hallquist掌管开发了LS-DYNA的研制，首要意图是为核武器的弹头规划供给高速磕碰、爆破等剖析东西。比较风趣的是，尽管DYNA软件在很长一段时间内都是作为开源程序，在美国各大高校广为流传和敏捷开展，但DYNA程序首要被法国ESI公司商业化，命名为PAM-CRASH。

  1980年，美国洛马公司为处理C系列运输机的气动弹性问题，研制TSO软件，具有机翼气动弹性归纳规划才能。

  1980年，美国空军怀特实验室为处理X系列飞行器超重问题，研制ASTROS软件，具有多学科剖析和规划才能。

  这个阶段是国外结构剖析软件的生长强壮期，软件的功用、功用、可靠性敏捷完善，这个阶段的要害因素在于政府的引导和科研方案的鼎力支撑。在国家战略层面，美国一直把科学核算和建模仿真作为服务于国家利益的要害技能，美国“竞争力委员会”白皮书《美国制作业——依托建模和模仿坚持全球领导地位》，将建模、模仿和剖析，视为维系美国制作业竞争力战略的主力，结构剖析软件也是美国要点支撑的方向之一。

  1983年美国在“拉克斯陈述”中着重，科学核算是关系到国家安全、经济开展和科技前进的要害环节，是事关国家命脉的大事；

  1984年美国国家科学基金会（NSF）树立“先进科学核算办公室”全面指定高档核算科学开展规划；

  1991年“高功用核算与通讯HPCC”方案旨在探究选用核算办法处理科学与工程中的严重应战，出资要点为先进软件技能与并行算法；

  1995年施行“加快战略核算立异方案ASCI”，致力于开发高档使用软件，树立处理问题的环境；

  1995年10月国防部拟定了一项《国防部建模与仿方案》为根据仿真的采办供给了结构和基础设施；

  1999年，美国主张IT2方案，要点向用于科学工程和国防的高档核算等三个范畴进行出资；

  2004年总统信息技能咨询委员会陈述指出，对数学和核算科学算法的继续开发和改善是未来高端系统成功的要害；

  2005年总统信息技能咨询委员会指出“为保证美国竞争力，核算科学已成为科学领导地位、经济竞争力和国家安全的要害”；

  2006年，NSF发布《根据仿真的工程科学》，指出核算机建模与仿真，是工程和科学取得前进的要害因素，主张加大研讨投入；

  2009年，美国“竞争力委员会”白皮书将建模、模仿和剖析的高功用核算，视为维系美国制作业竞争力战略的主力；

  2010年美国NASA拟定了未来20年航空航天飞行器建模、仿真的技能道路年，美国发布《国家先进制作战略方案》再次清晰要要点开展数值模仿剖析技能。

  经过政府引导，以及系列国家方案的支撑，结构剖析软件与配备开展得到了天然的交融，在这一时期得到了长足的开展。

  以美国NASTRAN软件为例，MSC公司于1988年加入了新的单元库、增强了程序功用进步了运算精度和功率，特别对矩阵运算办法进行改善；1989年构成了新的履行系统、高效的数据库办理、更易了解的DMAP二次开发手法；1994年在优化规划、热剖析、非线性、单元库、数值核算办法及全体功用水平方面有了很大进步；之后在非线性、梁单元库、h-p单元混合自适应、优化规划、数值办法及全体功用水平方面均进行了改善和增强。

  这个阶段跟着现代工业产品的杂乱性和本钱不断添加，产品的功用、价格和研制周期面临着更多的应战，对结构剖析软件提出了很多的需求。在旺盛的工业商场需求推动下，美欧等国很多的结构剖析通用/专用软件涌向商场。除了惯例的结构数值模仿之外，现已扩展到对产品未来的作业状况和运转行为的模仿仿真，可及早发现规划缺点，改善和优化规划方案。

  这个阶段结构剖析软件现已深度融入工业产品的全生命周期中，成为研制先进产品的必备东西之一。这些软件的使用推动了结构剖析软件在工业范畴的使用，但也暴露出多个软件架构/模型/数据不一致的坏处。

  在数字化研制形式驱动下，多学科/多专业/多物理场耦合成为新的开展趋势，商业CAE公司使用本钱手法进行很多的吞并与收买，完善其产品线和功用布局，将功用各异的剖析软件整合成为“大系统”，在一致的软件架构上不断完善其产品功用功用。

  1989年MSC经过吞并荷兰PISCES而进入高度非线D运动学仿真软件的开发者Knowledge Revolution公司；1999年收买了两家小而有特征的公司（UAI和CSAR），从此，MSC成为商场上专一一家供给Nastran商业代码的供货商；同年，还一口气吃掉了第一个商业非线性有限元程序MARC；2002年，MSC以1.2亿美元收买国际闻名虚拟样机仿真软件MDI公司，其间最大的宝物，便是大名鼎鼎的机械系统运动学、动力学仿真剖析软件ADAMS被收入囊中，这成为MSC剖析系统中一个重要的组成部分；同年MSC公司收买波音公司的Easy5软件，2011年和2012年，MSC别离收买了比利时闻名的声学软件公司FFT（自在声场技能）公司和高端资料仿真范畴厂商e-Xstream，2016年MSC软件公司收买焊接与成型仿真领军企业Simufact；但在2017年，MSC被与CAE关联度极低的瑞典闻名丈量设备制作企业海克斯康以8.34亿美元收买。

  2000年开端，ANSYS进行了一系列收买，包含：ICEM CFD Engineering、法国的CADOE;2003年，ANSYS公司出资2100万美元收买AEA公司的CFX软件事务;2006年，ANSYS公司已成功完结对Fluent的收买活动，共花费六百万股普通股和2.99亿美元的现金;同年ANSYS又收买了Century Dynamics公司，将高速瞬态动力剖析软件归入到ANSYS的剖析系统中;2019年，ANSYS公司再次收买冲击剖析软件DYNA，不断扩大其产品线年，达索公司收买ABAQUS软件，并创立SIMULIA品牌，树立了功用仿线达索收买瑞典的工程仿真环境开发商Dynasim AB，取得建模言语Modelica；2008年达索收买Engineous公司，取得了集成规划和多学科优化软件Isight，增强了其在仿真生命周期（SLM）对数据、进程、东西和知识产权集成优化的才能；近年又连续收买塑料注塑仿真技能Simpoe、多体仿真SimPACK、高度动态流体场仿真范畴Next Limit Dynamics等软件。

  尽管国情和所在的前史时期不同，但经过研讨国外结构剖析软件开展的军工驱动、继续支撑、商场推动、重组强壮四个阶段的要害成功要素，对我国自主结构剖析软件的开展有许多有利启示：

  1）结构剖析软件的实质是具有中心竞争力的工业技能，与工业配备的研制和开展密切相关。

  从来源来看，结构剖析软件来源于配备的需求，使用于处理配备的问题，因而，脱离了本国工业实际情况的结构剖析软件无法构成国家中心的战略支撑才能，强壮的我国必需求自主研制国际一流的结构剖析软件东西。

  从国外结构剖析软件生长强壮的轨道来看，在国家战略层面，美国政府长期以来将科学核算和建模仿真作为服务于国家利益的要害技能，从未中止过出资；一起因为结构剖析软件的研制是十分杂乱的系统工程，既需求基础性和专业性的工业技能，包含数学、力学、运动学等学科的最新效果，也需求有用性和先进性的软件技能，因而需求国家从微观层面和谐各种资源，进行继续引导和支撑。