有感于“力学分析软件化”-张若京-中国CAE·2008总动员

        当今的工程设计已经离不开计算机，离不开计算机辅助工程(CAE)。从大的方面讲,传统的观点认为，理论与物理实验是工程科学的两大支柱；而当前的观点则认为还有第3根支柱，那就是计算科学。计算科学是应用力学与工程技术之间的桥梁。

        谈及CAE就不能不讲到有限元与结构分析软件。在这方面的科技进步是巨大的。本人曾读过这样的资料:美国摩托罗拉公司在设计手机外壳时,为了保证手机摔到地上尽可能地不被摔坏,从1996年就开始用结构分析软件进行“手机跌落仿真”。计算工程师通常要建立由20多万个单元组成的完整逼真的整体手机模型,用explicit code模拟手机跌落时的力学行为. 模拟结果回答设计工程师的问题已经能够精确到,如果把某处的装配间隙增加几毫米或加不到1mm厚的软垫片,甚至将某个螺丝拧紧1/4圈,周边零部件的变形会发生怎样的变化,应力会有怎样的不同。

        目前,借助于高速计算机,有限元分析已经在全世界的工业界获得广泛应用。非线性材料、静动力学、冲击碰撞、温度和温度应力以及电磁与机械的耦合作用,都可以通过大型有限元分析软件包进行仿真。分析的对象小至1片晶片,大至整辆汽车或整架飞机,力学工具已经能够如此深入到工程应用之中,不得不令人叹为观止。更重要的是,力学分析软件化以后,使得对结构或机构做力学分析变得大为简单,一般的力学分析不再需要专门的力学人才去完成。这样,一方面现代结构可以做得更优美更节约,另一方面则要求我们去改造旧的力学队伍,改革力学教育。

        我们国家从事计算力学研究的专家学者很多，对不少问题给出过创新的算法，对不少算法给出过改进，对计算时间和存储空间的节约精打细算。应该说我国的专家学者在计算力学的发展上做出了很大的贡献。然而，现实是，没有属于我们自己的结构分析软件产品,我们只是国外CAE软件的用户，其原因可能是深层次的，但是仔细观察后就可以发现，埋头于细小工作的专家学者很多，而构造大型软件的规划大师则很少甚至没有，外国的软件规划大师把整个软件的结构设计好，具体模块则雇用程序员完成，我们很多留学生到国外就是为国外的大型软件写程序。

        中国正在逐步发展成为国际制造中心,可以想像, CAE的发展空间巨大,其发展也必然包括软件的推广使用、软件操作人员的大量需求,以及现有软件的扩展等。现在印度在软件方面发展很快,已经成为世界软件大国,中国在这个领域也应该大有作为.我希望《计算机辅助工程》这本杂志在推动国产CAE软件发展方面能起到呐喊助威的作用。

专家简介:
        张若京，同济大学航空航天与力学学院教授、博导，博士，同济大学航空航天与力学学院应用力学研究所名誉所长，兼任教育部力学教学指导委员会委员、中国力学学会理事、上海力学学会副理事长、《力学季刊》副主编以及《力学与实践》、《固体力学学报》和国外期刊Computers,Material&Continua等的编委，目前从事工程力学领域的研究，包括结构的静动力学分析、连续介质与电场的相互作用、流固耦合问题的计算方法等。