就cae话题访庄茁教授

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1、就CAE话题访庄茁教授

2、第1...2005年4月25日的下午，我来到清华大学对庄茁教授进行访问。阳光明媚的春末夏初的清华园里，我见到了谦和儒雅的庄茁教授。庄茁教授作为清华大学工程力学系博士生导师，多年耕耘在这一领域，主要研究方向有：断裂力学与本构理论，智能材料与结构的力学，计算力学与计算工程，重大工程中的力学问题，生物力学与仿生力学等。庄茁教授编著、出版了大量的相关书籍、教材。谈起有限元分析、CAE软件领域，庄教授娓娓道来……问：中国的自主开发的有限元分析软件的发展情况如何？庄茁教授（以下简称庄）：我国的计算力学软件的起步是从20世纪70年代开始的

3、，第一个自行开发的有限元软件系统是由大连理工大学钟万勰教授组织开发的JIGFEX。到了80年代末，中国建筑科学研究院开发了PKPM软件，这是专注于建筑领域的结构计算软件，在土木工程领域解决了大量工程结构计算问题，在国内得到了较为广泛的应用，取得比较好的效果。也是80年代，北京大学袁明武教授吸收和消化了美国SAP软件（此SAP是StructuralAnalysisProgram，后来主要由Algor公司进行维护和功能扩展），领导和组织开发了适合我国应用的SAP84；曲圣年教授等的SAP5程序移植和推广工作，提出了其微机版的SAP5P，这些在20世纪8

4、0年代影响都很大。在20世纪90年代，吉林大学胡平教授领导开发了模具分析有限元软件系统KMAS。由中国科学院数学与系统科学研究所梁国平研究员研制的网络在线生成有限元系统——飞箭软件（FEGENSOFT）是在网络平台上互动式系统。目前，我们清华工程力学系也在做一些专业的有限元分析软件。问：您从事CAE领域研究多年了，您能从世界范围来讲讲整个CAE软件领域的发展情况么？又会有着怎样的发展趋势呢？庄：30年来，CAE领域发展不断向前，经过不断地分化和兼并，形成以MSC、ABAQUS和ANSYS几大公司为代表的CAE软件提供商。他们具有雄厚的技术实力和强劲

5、的发展势头，已经占有世界有限元市场60％～70％的市场份额，而且不断扩大，可谓之“三国”时期。同时，软件的发展不是独立的，它是国际化的，如MSC公司的MSC.FATIGUE程序源于英国谢菲尔德的nCode公司，ABAQUS/Safe和ANSYS的FATIGUE源于英国谢菲尔德的SafeTechnology公司，这两个英国谢菲尔德的疲劳软件公司原来是从一个公司划分出来的。所以其分析功能和程序风格的相似性，至少从刚分家的那时起没有什么区别。当然，随着市场的需要和竞争，都在不断发展，两套程序会有所区别。这非常类似于30年前的ABAQUS/Standard

6、和MARC，都是基于Hibbitt的博士论文。ABAQUS/Standard始终隶属于ABAQUS公司，经过两代人的不断开发，其软件包越来越强健。MARC独立发展了20多年，在上世纪90年代末易帜归于MSC，仍然保持了当年的软件风格。计算机技术的迅猛发展也带动了CAE领域的快速发展。今后的趋势，可以说是，一方面，硬件性能不断增强，运行速度增快，质量、体积不断变小、优化，可以为CAE的不断向前发展打好良好的基础。另一方面，求解器技术本身就在飞速发展，有限元软件最大的技术“壁垒”是非线性求解：（几何、材料、边界）等非线性力学分析功能以及跨专业、跨行业的

7、非线性分析，在5年之内会有所较大突破。问：国内企业对CAE软件的应用情况如何呢？庄：从世界范围的CAE市场份额来看，亚洲、欧洲、美洲可能各占30％，几乎平分秋色。目前中国可能只占到很小一部分，大约5％的份额，但是市场在不断增长中。从行业的分布来看，CAE软件在汽车以及汽车相关产业的份额大约30％；国防、军工、航天、船舶领域大约占30％；医疗器械、生物工程等等其他领域占了剩下的40％份额。中国企业用到CAE软件，起初有两个主要因素：一、跨国公司进入中国，他们的中国分支机构需要用和全世界一样的软件平台，这样他们原来使用的CAE系统就自然而然带到了中国；

8、二、我们国内自己的工业、国防军工系统自身发展的需要，对CAE软件的需求迫切。目前在国内还是主要应用了国外的CAE软件。尽管我们的CAE软件的应用水平并不落后，但是软件开发水平方面，我们还是落后于发达国家。相比之下，我们自己民族的软件工业还是相对弱小，像CAE这样比较精深的软件更是不容易。发展国有知识产权的CAE软件，期待着学术界和企业界的支持，但是这种支持并不是说保护落后，只有坚持发展，提供更好的体制和发展环境，才可能让民族软件产业发展与提高。后记：访谈结束之时，我翻看庄茁教授多本著作，《虚拟工程与科学》、《连续体与结构的非线性有限元》、《线性与非

9、线性有限元及其应用》、《ABAQUS/Standard有限元软件入门指南》、《ABAQUS有限元软件6.4版入门指南》、《