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FEA软件的发展历史

FEA软件的发展历史 2011： 有限元方法思想的萌芽可以追溯到18世纪末，欧拉在创立变分法的同时就曾用与现代有限元相似的方法求解轴力杆的平衡问题，但那个时代缺乏强大的运算工具解决其计算量大的困难。Courant(1943)用最小势能原理和现代有限元法中的线性三角元求解st Venant弹性扭转问题，但未能引起足够重视。波音飞机工程师Turner，Clough等人在1956年首次将有限元法用于飞机机翼的结构分析，吹响了有限元的号角，有限元这一名称在1960年正式提出。 有限元方法的理论和程序主要来自各个高校和实验室，早期有限元的主要贡献来自于Berkeley大学。Berkeley的Ed Wilson发布了第一个程序，其他著名的研究成员有J.R.Hughes，Robert Tayor,Juan Simo等人，第一代的程序没有名字，第二代线性程序就是著名的SAP(structural analysis program)，非线性程序就是NONSAP。 位于洛杉矶的MSC公司自1963创立并开发了结构分析软件SADSAM，在1966年NASA招标项目中参与了Nastran的开发。1969年NASA推出第一个Nastran版本，MSC对原始的Nastran做了大量的改进并于1971年推出自己的专利版本MSC.Nastran，1983年股票上市并开始了一系列并购重组的活动。 第一批非线性有限元方法的主要贡献者有Argyris(1965)，Marcal和King(1967)，其中Pedro Marcal毕业于Berkeley大学，任教于Brown大学，于1969年创建了第一家非线性有限元软件公司MARC公司，在1999年被MSC公司收购。K.J. Bathe是Ed Wilson在Berkeley的学生，后来在MIT任教，期间他在NONSAP的基础上发表了著名的非线性求解器ADINA(Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis)，其源代码因为长时期广泛流传而容易获得。Bathe的著作丰厚，结合公布的源代码，让后来者获益匪浅，让人敬佩。 David Hibbitt是Pedro Marcal在Brown的博士生，Hibbitt在1972年与Karlsson和Sorensen共同建立HKS公司，推出了Abaqus软件。有人在比较ADINA和Abaqus的时候认为，ADINA的技术更先进求解能力更强大，只是其商业化程度低，前后处理能力差。Abaqus凭借强大的技术、出色的前后处理和可拓展的二次开发功能，稳占高校和研究所的市场，论文发表数量多。 John Swanson博士在Westinghouse公司为核能应用方面发展了一个非线性有限元程序(主要是关注非线性材料)，于1970年创建SASI(Swanson Analysis System,Inc)公司，后来重组更名为ANSYS公司，ANSYS是著名的多物理材料非线性有限元软件，通过并购发展迅速壮大，模块越来越多，商业化程度和市场占有率很高。Wilkins(1964)在DOE实验室的工作强烈地影响了早期的显式有限元方法，Costantino(1967)在芝加哥的IIT研究院开发了可能是第一个显式有限元程序。显式有限元技术经过发展和积累迎来了其里程碑式的工作。在美国Lawrence Livermore国家实验室的John Hallquist主持下1975年开始为核武器弹头设计开发分析工具，他吸取了前面许多人的成果，并且与Berkeley的研究员包括Jerry Goundreau，Bob Taybor，Tom Hughes和Juan Simo等紧密交流合作，在他的令人敬畏的编程效率作用下，次年发布DYNA程序。后经过扩充和改进，得到美国能源部的大力资助和ANSYS，MSC，ETA等著名公司的加盟。 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。1988年，John Hallquist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，另外在1989年收购荷兰的流体软件公司PISCES，将DYNA的Lagrange格式的FEM算法和PISCES的Euler格式的FVM及流体-结构耦合算法充分融合后于1993年发布了以强大的ALE算法而著名的MSC.Dytran。 其后MSC.Dytran一直着力在单元库、数据结构、前后处理等方面是修改使其与MSC.Nastran取得完全一致，其技术领先的地位开始丧失。2003年MSC与LSTC达成全面合作的协议，将LS-DYNA最新版的程序完全集入MSC.Dytran中。MSC在1999年收购Marc之后开始了将Nastran,Marc,Dytran完全融合的工作，并于2006发布多物理平台MD.Nastran，但就目前的情况来看还有很长的路要走。 PAM-CRASH和LS-DYNA在发展和完善了自己的ALE算法之后更引进了先进的无网格技术，PAM-CRASH, LS-DYNA以及AUTODYN(高速瞬态动力分析软件，原为Century Dynamics公司，后被ANSYS收购，已被植入ANSYS11)均包含了SPH算法，其中AUTODYN的SPH算法支持各向异性材料，LS-DYNA另外包含EFG算法。(end)

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