隨著現代科學技術的發展，人們正在不斷建造更為快速的交通工具、更大規模的建築物、更大跨度的橋梁、更大功率的發電機組和更為精密的機械裝置。這一切都要求工程師在設計階段就能精確地**出產品和工程的技術效能，需要對結構的靜、動力強度以及溫度場、流場、電磁場和滲流等技術引數進行分析計算。例如分析計算高層建築和大跨度橋梁在**時所受到的影響，看看是否會發生破壞性事故；分析計算核反應堆的溫度場，確定傳熱和冷卻系統是否合理；分析渦輪機葉片內的流體動力學引數，以提高其運轉效率。
這些都可歸結為求解物理問題的控制偏微分方程序往往是不可能的。近年來在計算機技術和數值分析方法支援下發展起來的有限元分析（fea，finite element analysis）方法則為解決這些複雜的工程分析計算問題提供了有效的途徑。我國在"九五"計畫期間大力推廣cad技術，機械行業大中型企業cad的普及率從"八五"末的20%提高到目前的70%。
隨著企業cad應用的普及，工程技術人員已逐步甩掉圖板，而將主要精力投身如何優化設計，提高工程和產品質量，計算機輔助工程分析（cae，computer aided engineering）方法和軟體將成為關鍵的技術要素。在工程實踐中，有限元分析軟體與cad系統的整合應用使設計水平發生了質的飛躍，主要表現在以下幾個方面：增加設計功能，減少設計成本；
縮短設計和分析的迴圈週期；
增加產品和工程的可靠性；
採用優化設計，降低材料的消耗或成本；
在產品製造或工程施工前預先發現潛在的問題；
模擬各種試驗方案，減少試驗時間和經費；
進行機械事故分析，查詢事故原因。
在大力推廣cad技術的今天，從自行車到太空梭，所有的設計製造都離不開有限元分析計算，fea在工程設計和分析中將得到越來越廣泛的重視。下圖是美國舊金山海灣大橋**響應計算的有限元分析模型。
發展方向及重大進展國際上早20世紀在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力開發具有強大功能的有限元分析程式。其中最為著名的是由美國國家宇航局（nasa）在2023年委託美國計算科學公司和貝爾航空系統公司開發的nastran有限元分析系統。該系統發展至今已有幾十個版本，是目前世界上規模最大、功能最強的有限元分析系統。
從那時到現在，世界各地的研究機構和大學也發展了一批規模較小但使用靈活、**較低的專用或通用有限元分析軟體，主要有德國的aska、英國的pafec、法國的systus、美國的abqus、adina、ansys、bersafe、bosor、cosmos、elas、marc和stardyne等公司的產品。當今國際上fea方法和軟體發展呈現出以下一些趨勢特徵：
1 從單純的結構力學計算發展到求解許多物理場問題有限元分析方法最早是從結構化矩陣分析發展而來，逐步推廣到板、殼和實體等連續體固體力學分析，實踐證明這是一種非常有效的數值分析方法。而且從理論上也已經證明，只要用於離散求解物件的單元足夠小，所得的解就可足夠逼近於精確值。所以近年來有限元方法已發展到流體力學、溫度場、電傳導、磁場、滲流和聲場等問題的求解計算，最近又發展到求解幾個交叉學科的問題。
例如當氣流流過乙個很高的鐵塔產生變形，而塔的變形又反過來影響到氣流的流動……這就需要用固體力學和流體動力學的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂"流固耦合"的問題。
2 由求解線性工程問題進展到分析非線性問題隨著科學技術的發展，線性理論已經遠遠不能滿足設計的要求。例如建築行業中的高層建築和大跨度懸索橋的出現，就要求考慮結構的大位移和大應變等幾何非線性問題；航天和動力工程的高溫部件存在熱變形和熱應力，也要考慮材料的非線性問題；諸如塑料、橡膠和複合材料等各種新材料的出現，僅靠線性計算理論就不足以解決遇到的問題，只有採用非線性有限元演算法才能解決。眾所周知，非線性的數值計算是很複雜的，它涉及到很多專門的數學問題和運算技巧，很難為一般工程技術人員所掌握。
為此近年來國外一些公司花費了大量的人力和投資開發諸如marc、abqus和adina等專長於求解非線性問題的有限元分析軟體，並廣泛應用於工程實踐。這些軟體的共同特點是具有高效的非線性求解器以及豐富和實用的非線性材料庫。
3 。隨著數值分析方法的逐步完善，尤其是計算機運算速度的飛速發展，整個計算系統用於求解運算的時間越來越少，而資料準備和運算結果的表現問題卻日益突出。在現在的工程工作站上，求解乙個包含10萬個方程的有限元模型只需要用幾十分鐘。
但是如果用手工方式來建立這個模型，然後再處理大量的計算結果則需用幾周的時間。可以毫不誇張地說，工程師在分析計算乙個工程問題時有80%以上的精力都花在資料準備和結果分析上。因此目前幾乎所有的商業化有限元程式系統都有功能很強的前置建模和後置資料處理模組。
在強調"視覺化"的今天，很多程式都建立了對使用者非常友好的gui（graphics user inte***ce）,使使用者能以可檢視形方式直觀快速地進行網格自動劃分，生成有限元分析所需資料，並按要求將大量的計算結果整理成變形圖、等值分布雲圖，便於極值搜尋和所需資料的列表輸出。
4 與cad軟體的無縫整合當今有限元分析系統的另乙個特點是與通用cad軟體的整合使用即,在用cad軟體完成部件和零件的造型設計後，自動生成有限元網格並進行計算，如果分析的結果不符合設計要求則重新進行造型和計算，直到滿意為止，從而極大地提高了設計水平和效率。今天，工程師可以在整合的cad和fea軟體環境中快捷地解決乙個在以前無法應付的複雜工程分析問題。所以當今所有的商業化有限元系統商都開發了和著名的cad軟體（例如pro/engineer、unigraphics、solidedge、solidworks、ideas、bentley和autocad等）的介面。
5 在wintel平台上的發展早期的有限元分析軟體基本上都是在大中型計算機（主要是mainframe）上開發和執行的，後來又發展到以工程工作站（ews，engineering workstation）為平台，它們的共同特點都是採用unix作業系統。pc機的出現使計算機的應用發生了根本性的變化，工程師渴望在辦公桌上完成複雜工程分析的夢想成為現實。但是早期的pc機採用16位cpu和dos作業系統，記憶體中的公共資料塊受到限制，因此當時計算模型的規模不能超過1萬階方程。
microsoft windows作業系統和32位的intel pentium處理器的推出為將pc機用於有限元分析提供了必需的軟體和硬體支撐平台。因此當前國際上著名的有限元程式研究和發展機構都紛紛將他們的軟體移值到wintel平台上。下表列出了用adina v7.
3版在pc機的windows nt環境和sgi工作站上同時計算4個工程例項所需要的求解時間。從中可以看出最新高檔pc機的求解能力已和中低檔的ews不相上下
表 adina v7.3版幾種機器上的執行時間比較
計算問題的特徵
方程數neq
執行時間（秒）
pentiumii450mhz
pentiumiii450mhz
工程工作站
非線性三維接觸
（計算一步）
51159
219188219線性靜力分析
58707
262234249動力分析頻率計算
31205
311258287三維流動分析
36162
218183208為了將在大中型計算機和ews上開發的有限元程式移值到pe機上，常常需要採用hummingbird公司的乙個**軟體exceed。這樣做的結果比較麻煩，而且不能充分利用pc機的軟硬體資源。所以最近有些公司，例如ideas、adina和r&d開始在windows平台上開發有限元程式，稱作"native windows"版本，同時還有在pc機上的linux作業系統環境中開發的有限元程式包。
國內發展情況和前景2023年美國的sap5線性結構靜、動力分析程式向國內引進移植成功，掀起了應用通用有限元程式來分析計算工程問題的高潮。這個高潮一直持續到2023年adina非線性結構分析程式引進，一時間許多一直無法解決的工程難題都迎刃而解了。大家也都開始認識到有限元分析程式的確是工程師應用計算機進行分析計算的重要工具。
但是當時限於國內大中型計算機很少，大約只有杭州汽輪機廠的siemens7738和瀋陽鼓風機廠的ibm4310安裝有上述程式，所以使用者算題非常不方便，而且費用昂貴。pc機的出現及其效能奇蹟般的提高，為移植和發展pc版本的有限元程式提供了必要的執行平台。可以說國內fea軟體的發展一直是圍繞著pc平台做文章。
在國內開發比較成功並擁有較多使用者（100家以上）的有限元分析系統有大連理工大學工程力學系的fifex95、北京大學力學與科學工程系的sap84、中國農機科學研究院的mas5.0和杭州自動化技術研究院的mfep4. 0等。
但正如上面所述，國外很多著名的有限元分析公司已經從前些年對pc平台不屑一顧轉變為熱衷發展，對國內fea程式開發者來說發展pc版本不再具有優勢，而應該從下面幾方面加以努力：
1 研究開發求解非固體力學和交叉學科的fea程式經過幾十年的研究和發展，用於求解固體力學的有限元方法和軟體已經比較成熟，現在研究的前沿問題是流體動力學、可壓縮和不可壓縮流體的流動等非固體力學和交叉學科的問題。由於國內沒有類似功能的商品化軟體，所以國外的軟體就賣得非常貴。為了破這種壟斷局面，我們必須發展有自主版權、用於分析流體等非固體力學和交叉學科的軟體。
因為流體力學問題遠比固體複雜得多，而且很少有現成的軟體可以借鑑，所以需要投入大量的人力和經費。這就必須有國家和大型企業集團來支援。
2 開發具有中國特色的自動建模技術和gui開發建模技術和gui的投入比前述課題要少得多，但卻可以大大提高fea軟體的效能和使用者接受程度，從而起到事半功倍的效果。國內不少人在這方面做了很多任務作，但是由於當時pc機上的圖形支撐環境有限，所以開發的效果都不甚理想。windows中提供了opengl圖形標準，為在pc機上應用視覺化圖形技術開發gui提供了強有力的工具。
opengl是當今國際上公認的高效能圖形和互動式視景處理標準，應用它開發出來的三維圖形軟體深受專業技術人員的鍾愛，目前世界上佔主導地位的計算機公司都採用了這一標準。正如前面所述，近年來國外有的fea程式已拋開**軟體，直接在windows平台上開發有限元程式。杭州自動化技術研究院1997-2023年採用opengl圖形標準和相應的visual c++等程式設計工具，在pc機上成功地開發了一套視覺化有限元程式包。
它能直觀地通過對"選單"、"視窗"、"對話方塊"和"圖示"等可檢視形畫面和符號的操作，自動建立有限元分析模型，並以互動方法式實現計算結果的視覺化處理，因而可大大提高有限昂分析的效率和精確性，也便於使用者學習和掌握。
3 與具有我國自主版權的cad軟體整合前面已經講過，當今有限元方法的乙個重要特點是和cad軟體的無縫整合。作為我國自行開發的fea程式，首先要考慮和我國自主版權的cad軟體整合。因為有限元分析主要用於形狀比較複雜的零部件，所以要和具有三維造型功能和cad軟體整合，使設計和分析緊密結合、融為一體。
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