M6米乐介绍
钱学森先生曾说过一句名言：“今天的力学要充分利用计算机和现代计算技术来回答一切宏观的实际科技问题，计算方法很重要。” 作为力学的典型应用，国内许多科研院所以研究课题或科研项目的形式进行结构分析软件的研发，并诞生了一批具有不同特点的结构分析软件。
本文将介绍三个典型的源自科研院所的结构分析软件系统，分析它们的成长历程和发展现状，进一步思考如何更好地开发出我国具有世界先进水平的自主结构分析软件系统。
M6米乐中国科学院数学研究所 - FEPG
国外知名的通用结构分析软件，如国外ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、国内HAJIF等系统，都是使用比较成熟、通用的求解算法来解决常见工程结构分析问题的通用软件，虽然这些软件已经可以涵盖了大部分结构分析问题，但随着用户群的不断扩大，可能无法满足一些特殊领域的特殊需求。同时，由于通用软件系统庞大，源代码未公开，大多数工程师、教授和研究人员主要从事有限元法理论或应用的研究，缺乏有限元开发能力。程式，
M6米乐图1 梁国平教授
基于以上原因，1983年梁国平教授在中国科学院数学研究所开始研制有限元程序生成器（FEPG）。该系统于1990年研制成功，1995年获国家科技进步二等奖。根据有限元法统一的数学原理和内在规律，输入微分方程表达式和算法表达式后，有限元法，FEPG可以自动生成所有有限元计算所需的源程序，包括元子程序、算法程序等。FEPG的研发满足了一些研究人员想要拥有自己的有限元程序的问题，但不擅长编程，
M6米乐图2 FEPG软件架构
2004 年，FEPG 推出了并行版本 pFEPG。以有限元语言为编写代码，结合公式库技术、组件化技术和自动生成技术，使用户可以根据微分方程表达式和算法表达式自动生成可用于并行计算的有限元程序非常自然和简单。.
FEPG系统采用组件化设计方法和程序结构。新的功能模块以组件的形式定义和添加。核心系统的健壮性和独立性不受影响，结构简单明了。除了平台本身的开放性，用户还可以获得任何应用程序的FORTRAN源代码，从而降低软件部署的复杂度，提高用户参与度。与国内外主流通用有限元软件相比，使用FEPG进行开发还有程序代码细化、投资少等优点，但也存在界面不友好、对用户起点要求较高等缺点。
FEPG系统已应用于石油化工、机械制造、能源等领域，并在高校有限元教学中得到推广。同时，梁国平教授也在CAE软件商业化方面进行了积极有益的探索。1999年，飞剑软件有限公司在北京成立；2009年落户天津中新生态城，成立元计算科技发展有限公司，开发基于FEPG系统的压力容器分析等专用软件。
图 3 压力容器分析软件
中国工程物理研究院 - 熊猫
当今西方先进发达国家已将高性能工程计算提升到事关国家核心竞争力的高度，投入大量科研经费和人员，开发了一系列大型高性能并行计算软件框架。亿自由度的计算规模和数千或数万个CPU内核的高性能数值模拟能力。特别是在一些重点领域，提出了“武器研制向数值模拟化”的战略发展方向，开展武器系统从库存到目标的多尺度、多物理场数值模拟。并行计算机，包括发射动力学、爆炸分离响应、
图4 神威超算
为提高特殊应用领域的数值模拟能力，中国工程物理研究院从2007年开始开展专项研究工作，旨在针对所涉及的精细物理建模问题高效协同开发大型多功能应用软件。在工程力学的数值模拟中。复杂的多尺度、多物理场耦合分析等问题提供了一体化的开发应用环境。主要研究内容包括PANDA基础开发框架和应用集成平台。PANDA由一些基本的面向对象服务组件组成，为并行计算有限元应用软件的开发提供通用的基础支持。应用集成平台由一些特定的应用集成模块和计算应用软件组成，为复杂工程力学问题的数值模拟提供了集成的应用支撑环境。借助PANDA框架提供的基础网格、场等底层数据结构服务组件，以及应用参数分析、数据输入输出、求解器等基础工具组件，实现几种基于框架的有限元应用计算已制定方案。力、传热、模态、振动和冲击分析能力。PANDA具有基本的数据结构，并行通信，
从已发表的文献来看，PANDA静力学程序具有求解三维立体线弹性和双线弹塑性平行解的能力；PANDA模态分析程序具有并行求解三维实体线弹性模态分析的能力；PANDA 冲击动力学分析程序能够显式集成短期冲击动力学问题的并行解决方案。
“十二五”期间，中国物理研究院成立了高性能数值模拟软件中心，将物理建模、数学离散和并行计算有效分离，充分发挥不同领域专家的专业优势。字段。网格框架 JAUMIN 对 PANDA 平台进行了重构，以提高软件的功能、性能和可用性。
图5 基于JAUMIN框架重构的PANDA平台
PANDA平台的静振动分析、冲击动力学分析、离散系统分析等功能已在中科院四所、水科院、清华大学等单位推广应用。它在地下工程等复杂工程的设计和分析中发挥着重要作用。
图6 巨型光机系统随机振动分析和地震反应谱分析
郑州机械研究所-紫瑞CAE
1990年代，为解决我国大量中小企业对结构分析软件的需求，为设计人员开发了操作简单、使用方便、自动化程度高的结构分析软件。系统科学研究院与北京大学在国家“九五”重点科技攻关项目和国家科技部中小企业创新基金的支持下，开发了结构分析软件产品拥有自主知识产权，与上游3D CAD软件“紫瑞CAE”无缝集成，获得2004年机械工业科学技术二等奖。
图7 紫瑞CAE软件界面
紫瑞CAE自动化程度高，用户门槛低。根据用户提供的上游CAD软件建立的3D实体模型（包括SolidWorks公司的SolidWorks系列版本和AutoDesk公司的AutoCAD或MDT，支持IGES、CDAFS、STEP、3Dstudio、ACIS、DWG等格式文件）中国工程物理研究院机械，子睿CAE可以直接应用体力、面力、线载荷、点载荷、指定位移等边界条件进行自动3D有限元网格划分，并具有局部网格细化、整体均匀划分和局部细化划分可以形成密集且密集、过渡合理的有限元网格。用户选择有限元分析类型后，子睿CAE可根据内置流程自动完成分析，并调用后处理结果分析和设计检查。紫瑞CAE提供八种有限元分析，包括线性静力分析、线性动力响应分析、自由振动分析、线性屈曲分析、非线性静力分析（材料、几何非线性）、非线性动力响应分析、稳定状态温度场分析和热应力分析。
图8 紫瑞CAE计算结果云图
由于操作方便、用户门槛低，紫瑞CAE系统在机械、汽车、建筑、桥梁等行业具有一定的工程应用中国工程物理研究院机械中国工程物理研究院机械，也在高校有限元分析教学中得到推广。
结束语
从国内结构分析软件研究所推出的几个结构分析软件系统的发展和现状，我们可以得到以下启示：
1）作为我国重要的核心科研力量，科研院所通过学科和项目的支持，开发了一系列国产结构分析软件，如FEPG自动有限元程序的生成、大型... PANDA的规模并行计算，子睿CAE的便捷操作都非常有特色，在一定程度上满足了当时国内不同用户群体的需求。
2）结构分析软件的研发往往需要几十甚至上百个高智力劳动和巧妙的设计思路。它不仅是一项艰巨的科学研究，而且是一项大型工程，其成长离不开它。持续的大量资金。仍然活跃在市场上的团队要么不断得到国家项目或机构自筹资金的支持，要么转向商业公司运营中国工程物理研究院机械，而没有项目支持的团队只能“减少”。
3）科研院所往往专业齐全，研究人员相对固定，历史和实践经验积累较好，对于结构分析软件的初期研发具有得天独厚的先天优势。但是，在软件开发成功后，如何不断升级和运营产品，逐步赶超国外软件中国工程物理研究院机械，需要年轻一代不断的智慧和勇气才能逐步实现。
参考
[1]元计算（天津）科技发展有限公司，pFEPG并行有限元自动生成系统
[2] 百度百科词条：FEPG
[3]梁国平，有限元的自动生成与应用
[4] 中国有限元软件的坚定观察者——专访飞剑软件公司总经理梁国平教授
[5] 石光美，面向对象的有限元并行计算框架PANDA
[6]肖世富、范选华等，重大装备工程力学并行分析软件平台PANDA的研发进展
[7]田荣，中国CAE软件发展的新机遇，计算机辅助工程
[8] 吴辉、张帆，走自主创新之路，打造国产品牌CAE软件
[9] 王锡山，子瑞CAE“For Dummies”软件介绍。
《国产结构分析软件发展战略研究》系列文章将介绍《高校国产结构分析软件的发展历程》。
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排版：蓝风
编辑：吴晨
制作人：王岚
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