武汉老庄微信公众号：百家争鸣---有限元分析50年发展之路

2.2 FEA技术的蓬勃发展期

进入70年代后，随着有限元理论的趋于成熟，CAE技术也逐渐进入了蓬勃发展的时期，一方面MSC，ANSYS，SDRC三大CAE公司先后组建，并且致力于大型商用CAE软件的研究与开发，另一方面，更多的新的CAE软件迅速出现，为CAE市场的繁荣注入了新鲜血液。

70年代初当时任教于Brown大学的Pedro Marcal创建了MARC公司，并推出了第一个商业非线性有限元程序MARC。虽然在MARC在1999年被MSC公司收购，但其对有限元软件的发展起到了决定性的推动作用，至今在MSC的分析体系中依然有着MARC程序的身影，更值得一提的是Pedro Marcal早年也是毕业于Berkeley大学。

在早期的商用软件舞台上，还有两位主要人物，他们是David Hibbitt和Klaus J Bathe。

David Hibbitt是Pedro Marcal在Brown的博士生，David Hibbitt与Pedro Marcal合作到1972年，随后Hibbitt与Bengt Karlsson和Paul Sorenson于1978年共同建立HKS公司，推出了Abaqus软件，使ABAQUS商业软件进入市场。因为该程序是能够引导研究人员增加用户单元和材料模型的早期有限元程序之一，所以它对软件行业带来了实质性的冲击。2002年HKS公司改名为ABAQUS，并于2005年被达索公司收购。

另外一位对有限元方法做出重大贡献的是Klaus J. Bathe博士。Klaus J. Bathe六十年代末在Berkeley大学Clough和Ed Wilson博士的指导下攻读博士学位，从事结构动力学求解算法和计算系统的研究。由于Bathe博士在对结构计算以及SAP软件所做的贡献，Bathe博士毕业后被MIT聘请到机械与力学学院任教至今。

1975年在MIT任教的Bathe博士在NONSAP的基础上发表了著名的非线性求解器ADINA (Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis)，而在1986年ADINA R&D Inc.成立以前，ADINA软件的源代码是公开的，即著名的ADINA81版和ADINA84版本的fortran源程序，后期很多有限元软件都是根据这个源程序所编写的。

1977年Mechanical Dynamics Inc.(MDI)公司成立，致力于发展机械系统仿真软件，其软件ADAMS应用于机械系统运动学、动力学仿真分析。后被MSC公司收购，成为MSC分析体系中一个重要的组成部分。

在CAE的历史中另一个神奇的程序是显式有限元程序DYNA，DYNA程序由当时在美国Lawrence Livermore国家实验室的John Hallquist编写。之所以说DYNA神奇，是因为在现在我们熟知的众多软件中，都可以发现DYNA的踪迹，因此LS-DYNA系列也被公认为显式有限元程序的鼻祖。

下面我们来细数一下由DYNA所演变出来的有限元程序：

在20世纪80年代，DYNA程序首先被法国ESI公司商业化，命名为PAM-CRASH，现已成为了ESI的明星产品。除此之外，ESI公司还有多个被人熟知的软件，如铸造软件ProCAST，钣金软件PAM-STAMP，焊接软件SYSWELD，振动噪声软件VA One，空气动力学软件CFD-FASTRAN，多物理场软件CFD-ACE+等等。

1988年，John Hallquist自己创建LSTC(Livermore Software Technology Corporation)公司，发行和扩展DYNA程序商业化版本LS-DYNA。

同样是1988年，MSC在DYNA3D的框架下开发了MSC.Dyna并于1990年发布第一个版本，随后于1993年发布了著名的MSC.Dytran。

另外，ANSYS收购了Century Dynamics公司，把该公司以DYNA程序开发的高速瞬态动力分析软件AUTODYN纳入到ANSYS的分析体系中。并且在1996年，ANSYS与LSCT公司合作推出了ANSYS/LS-DYNA。

1984年，ALGOR公司成立于，总部位于宾州的匹兹堡，ALGOR公司在购买SAP5 源程序和 vizicad 图象处理软件后，同年推出 ALGOR FEAS（Finite Element Analysis System）。

随着有限元技术的日趋成熟，市场上不断有新的公司成立并推出CAE软件，1983年AAC公司成立，推出COMET程序，主要用于噪声及结构噪声优化分析等领域。 随后Computer Aided Design Software Inc推出提供线性静态、动态及热分析的PolyFEM软件包。1988年Flomerics公司成立，提供用于空气流及热传递的分析程序。同时期还有多家专业性软件公司投入专业CAE程序的开发。由此，CAE的分析已经逐渐的扩展到了声学、热传导以及流体等更多的领域.

2.3 FEA技术的成熟壮大期

上世纪90年代至今是CAE技术的成熟壮大时期，这一时期的CAE领域呈现出了大鱼吃小鱼的市场局面，大的软件公司为了提升自己的分析技术、拓宽自己的应用范围寻找机会收购、并购小的、专业的软件商，因此CAE软件本身的功能得到了极大的提升。

MSC公司作为最早成立的CAE公司，先后通过开发、并购，已经把数个CAE程序集成到其分析体系中。目前MSC公司旗下拥有10几个产品，如Nastran、patran、Marc、Adams、Dytran和Easy 5等，覆盖了线性分析、非线性分析、显式非线性分析以及流体动力学问题和流场耦合问题。另外，MSC公司还推出了多学科方案（MD）来把以上的诸多产品集成为了一个单一的框架解决多学科仿真问题。

ANSYS公司通过一连串的并购与自身壮大后，把其产品扩展为ANSYS Mechanical系列， ANSYS CFD（FLUENT/CFX）系列，ANSYS ANSOFT系列以及ANSYS Workbench和EKM等。由此ANSYS塑造了一个体系规模庞大、产品线极为丰富的仿真平台，在结构分析、电磁场分析、流体动力学分析、多物理场、协同技术等方面都提供完善的解决方案.

SDRC把其有限元程序Supertab并入到I-DEAS中，并加入耐用性、NVH、优化与灵敏度、电子系统冷却、热分析等技术，且将有限元技术与实验技术有机地结合起来，开发了实验信号处理、实验与分析相关等分析能力。而在2001年SDRC公司被EDS所收购，并将其与UGS合并重组，SDRC的有限元分析程序也演变成了NX中的I-deas NX Simulation，与NX Nastran一起成为了NX产品生命周期中的仿真分析中的重要组成部分。

说到NX Nastran，大家都会想到另一个以Nastran为名的有限元软件MSC.Nastran。MSC.Nastran与NX Nastran可谓是同根同源，皆是由NASA推出的Nastran程序的源代码发展出来的。下面我们可以简单的介绍下MSC.Nastran与NX Nastran的由来.

在当时开发Nastran程序的不止MSC一家公司，还有另外两家公司也推出了Nastran程序的商业版，1972年 UAI公司发布基于COSMIC NASTRAN的UAI Nastran软件，1985年CSAR公司发布了基于COSMIC NASTRAN的CSAR Nastran软件。当时是市场上有这3家公司共同经营Nastran软件.

而在1999年，MSC收购了UAI和CSAR，成为市场上惟一一家提供Nastran商业代码的供应商。而在此后的几年，独自享有源代码的MSC Nastran软件价格不断上涨，但是其功能和服务却没有得到相应的提升，从而引发大量客户的抱怨，为此NASA则向美国联邦贸易委员会(FTC)提出了申诉

多种求解方法使CAE技术得到的长足的发展，而目前有限元法覆盖的领域已经非常广泛，并已大量的应用于结构力学，结构动力学，热力学，流体力学等仿真分析，并且向着多物理场耦合分析的方向发展着，进而逐步的推动着CAE技术的发展

5.结语

CAE技术诞生至今已半个多世纪，随着计算机技术与软件技术的不断发展壮大，CAE的技术手段与应用范围已经不可同日而语，随之而来也诞生了数以百计的CAE软件商。如今的CAE市场是一个群雄割据的年代，据不完全统计全球有超过200种仿真分析的软件在被企业所使用着，昔日的巨头命运也各不相同，更有着无数的新贵崛起进入人们的视野。

种类繁多的CAE软件为人类探索未知提供了工具，而CAE软件已经逐渐的被更多的工程人员所接受，在CAE软件中进行着产品的仿真、分析与优化，同时工程和产品的自主创新也为CAE发展提供了强大的动力，相信CAE技术将会随着工程科学技术的飞速发展而迎来一个更为辉煌灿烂的明天。