1.2　國際主流通用有限元軟件

1.2.1　NASTRAN

1966年，美國航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）為滿足阿波羅登月項(xiàng)目對(duì)結(jié)構(gòu)分析的迫切需要，美國政府組織開發(fā)了第一個(gè)工程實(shí)用的結(jié)構(gòu)分析軟件NASTRAN（NASA Structurla Analysis），用于計(jì)算不具有可試驗(yàn)性的飛行器結(jié)構(gòu)。

2001年，NASA通過Open Channel Software有償向公眾發(fā)布了包含NASTRAN源代碼的“NASA Classics”軟件包。由此，商業(yè)NASTRAN版本有MacNeal-Schwendler Corporation（MSC）軟件公司的MSC NASTRAN、Noran Engineering，Inc.（NEi）軟件公司的NEiNASTRAN和UGS軟件公司的NX NASTRAN。MSCNASTRAN模型如圖1-7所示。

2006年，西門子公司從私募股權(quán)公司手中收購了UGS軟件公司，獲得了NX NASTRAN的商業(yè)版權(quán)，UGS更名為Siemens PLM Software。而后，Siemens PLM Software又更名為Siemens Digital Industries Software。2014年，AUTODESK公司收購了NEi軟件公司，獲得了NEiNASTRAN的商業(yè)版權(quán)。

1.2.2　ANSYS

20世紀(jì)60年代，美國Westinghouse Astronuclear Laboratory的John Swanson初步構(gòu)思了ANSYS。彼時(shí)，工程師主要通過手算完成有限元計(jì)算。鑒于此，John Swanson提出建立一套能夠自動(dòng)進(jìn)行有限元計(jì)算的通用工程軟件，可惜被Westinghouse Astronuclear Laboratory拒絕了。1969年，John Swanson離開Westinghouse Astronuclear Laboratory，并在1970年創(chuàng)建了以Swanson Analysis SystemsInc.（SASI）命名的軟件ANSYS。1994年，SASI公司更名為ANSYS。

自1999年開始，ANSYS大量收購其他軟件公司，使得ANSYS發(fā)展成為適用于不同物理場(chǎng)，分析不同問題的綜合性有限元軟件。如：2000年收購ICEM CFD Engineering，用于加強(qiáng)ANSYS的網(wǎng)格劃分功能；2003年收購CFX，2006年收購FluentInc.，用于加強(qiáng)ANSYS的流體動(dòng)力模擬功能；2008年收購Ansoft Corporation，用于加強(qiáng)ANSYS的電子設(shè)計(jì)功能；2014年收購SpaceClaim，用于加強(qiáng)ANSYS的3D建模功能；2017年收購3DSIM，用于加強(qiáng)ANSYS的3D打印模擬功能；2018年收購OPTIS，用于加強(qiáng)ANSYS的光學(xué)模擬功能；2019年收購Granta Design、Helic、DfRSolution、LSTC、Dynardo，以及2020年收購Lumerical，用于發(fā)展其光子模擬功能。ANSYS模型如圖1-8所示。

1.2.3　LS-DYNA

LS-DYNA脫胎于3D有限元程序DYNA3D。1976年，美國Lawrence Livermore NationalLaboratory（LLNL）的Hallquist博士開發(fā)了DYNA3D，主要用于模擬Full Fusing Option（FUFO）核彈低空釋放后的沖擊（沖擊速度約40m/s）作用。雖然，F(xiàn)UFO核彈最終被取消，但是DYNA3D得以繼續(xù)發(fā)展。DYNA3D是一款采用顯式時(shí)間積分方法求解非線性動(dòng)力問題的有限元軟件，一開始主要用于結(jié)構(gòu)受不同類型沖擊作用下的應(yīng)力分析。

1978年，在法國要求下，DYNA3D源代碼被無限制的公之于眾，成為開源代碼。1979年，DYNA3D改進(jìn)版本被應(yīng)用于CRAY-1超級(jí)計(jì)算機(jī)。1982年，發(fā)布了新增功能的改進(jìn)版本。1984年以前，DYNA3D的開發(fā)者只有Hallquist博士一人，直到DavidJ.Benson的加入。1988年，Livermore Software Technology Corporation（LSTC）成立，DYNA3D被更名為LS-DYNA3D（后來，簡(jiǎn)稱LS-DYNA）。LS-DYNA模型如圖1-9所示。2019年，LSTC被ANSYS收購，如1.2.2節(jié)所述。

LS-DYNA的基本操作，參見附錄3。

1.2.4　ABAQUS

1978年，David Hibbitt博士、Bengt Karlsson博士以及Paul Sorensen博士聯(lián)合創(chuàng)建了Hibbitt，Karlsson&Sorensen，Inc.（HKS）公司。后來，公司更名為ABAQUS Inc.。2005年，ABAQUSInc.被Dassault Systèmes收購，成為Dassault Systèmes Simulia Corp.的一部分，并與其他軟件組合為SIMULIA。ABAQUS名稱及其標(biāo)志都源于ABACUS（算盤），讀者不妨對(duì)照一下。ABAQUS模型如圖1-10所示。

這里，再介紹下Dassault Systèmes公司。目前，Dassault Systèmes公司是歐洲第二大軟件公司。2000年前，Dassault Systèmes公司主要業(yè)務(wù)為3D設(shè)計(jì)軟件，比如：CATIA、SOLIDWORKS等。2000年至2010年，Dassault Systèmes公司通過收購，形成了新的品牌分支，比如：DELMIA用于制造和全球運(yùn)營；SIMULIA用于現(xiàn)實(shí)模擬等。2012年，Dassault Systèmes公司組合產(chǎn)品，發(fā)布了數(shù)字產(chǎn)品創(chuàng)新平臺(tái)3DEXPERIENCE。

ABAQUS的基本操作，參見附錄2。

1.2.5　COMSOL Multiphysics

1986年，Svante Littmarck和Farhad Saeidi在瑞典斯德哥爾摩創(chuàng)建了COMSOL公司。1998年，COMSOL公司發(fā)布FEMLAB軟件（COMSOL Multiphysics1.0版本）。2005年，發(fā)布FEMLAB3.2版本，新增CAD導(dǎo)入模塊，同時(shí)將FEMLAB正式更名為COMSOL Multiphysics。2006年，發(fā)布3.3版本，新增優(yōu)化模塊等。2010年，發(fā)布了多個(gè)版本，新增電池與燃料電池模塊等模塊，以及LiveLink for MATLAB等功能。而后10年，COMSOL又陸續(xù)新增了巖土力學(xué)模塊、非線性結(jié)構(gòu)材料模塊、多體動(dòng)力學(xué)模塊等模塊。其中，App開發(fā)器和COMSOL Complier是兩個(gè)里程碑式的產(chǎn)品。2014年，發(fā)布的5.0版本包含了App開發(fā)器。同時(shí)，發(fā)布了COMSOL Server，用于分發(fā)、管理和運(yùn)行App。2018年，發(fā)布COMSOL Compiler，用于編譯并創(chuàng)建可獨(dú)立執(zhí)行App的軟件工具。

COMSOL Multiphysics模型如圖1-11所示。COMSOL Multiphysics的基本操作，參見附錄4。