有限元软件Adina探秘及Bathe大师传奇人生

有限元法始于20世纪,目前通常认为最早的有限元程序为Berkeley的Ed Wilson在20世纪60年代发布的,该程序名字叫SMIS,在接下来的很多年,这个程序从Berkeley传到了全球超过100所大学和许多公司。Berkeley的研究者们在SMIS的基础上发布的第二代程序叫做SAP(structural analysis program)。之后,世界各地均开启了有限元软件研发的热潮,JOHN Swanson开发了当时用于核能计算的ANSYS;Marca开发了用于非线性分析的有限元程序Marc,K J Bathe在wilson的sap的基础上开发了NONSAP,John Hallquist则发布了显式有限元程序Dyna...。直到今天,世界上已有多种有限元分析软件:Ansys,abaqus,Adina,hyperworks,comsol...,其中,ansys通过不断收购,不断更新,形成了各个行业,各个领域,各种物理场的计算大杂烩;hyperworks则依靠hypermesh优秀的前处理能力和optistruct优秀的优化设计功能在汽车电子行业拿下巨大市场,abaqus依靠优秀的非线性分析能力得以广泛应用,COMSOL则用一种独特的方式在多物理场耦合方面展现特色。尽管有如此多优秀的软件,笔者依然钟爱Adina。



Adina的开发者是K J Bathe大师,Bathe大师也是NONSAP的开发者,事实上,在有限元理论与实践的几十年中,Bathe大师始终有着举足轻重的地位。

Bathe大师是德国人,1943年出生在柏林,高中毕业后,基于种种原因,Bathe大师并未顺利地进入大学,而是去了南非,为了攒钱上大学,Bathe大师先后从事了在农场进行农场管理工作,在金矿做矿工,在道路修建工程中进行工程测量工作,并且进入了南非的开普敦大学学习土木工程相关专业课程,就是在这里,Bathe大师研读了另一有限元领袖Zienkiewicz的著作《The Finite Element Method in structural and Continuum Mechanics》并且确立了自己将来的研究领域。在开普勒大学,Bathe申请了加拿大的卡尔加里大学和美国的加州伯克利大学,并在卡尔加里大学完成了理学硕士学位之后进入伯克利读博,在伯克利,Bathe大师的导师是开发了SAP的EL.WILSON,在博士期间,Bathe大师开发了一种求解特征值问题的伟大方法-------子空间迭代法,直到今天,在abaqus这些知名商用有限元软件中,仍然会采用这种方法用于模态分析和特征值屈曲分析。

Bathe大师在伯克利博士毕业后,继续留在伯克利并在Wilson的程序SAP的基础上开发了SAPⅣ和非线性有限元程序NONSAP,并且和WILSON写了第一本著作《有限元分析中的数值方法》,之后Bathe大师开发了新的程序Adina。一个伟大的有限元软件就此诞生。

   

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有限元软件Adina与Bathe大师的丰富人生的图3       有限元软件Adina与Bathe大师的丰富人生的图4

1974年,Bathe大师获得了MIT的教职,在MIT教授有限元法,并且直到今天,我们还可以在网上看到Bathe大师的讲课视频:

https://ocw.mit.edu/resources/res-2-002-finite-element-procedures-for-solids-and-structures-spring-2010/linear/

同时,Bathe大师对之前的著作进行了重新修订,也就诞生了知名著作《Finite element procedures》

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有限元软件Adina与Bathe大师的丰富人生的图7有限元软件Adina与Bathe大师的丰富人生的图8

在之后的几十年中,Bathe大师又出版了多部关于有限元的著作:

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       为了进一步推动Adina软件的发展,Bathe大师成立了Adina公司,并且Adina软件以先进的技术和效率获得了广泛的用户。Adina计算效率极高,使得其在当时成为十分瞩目的有限元软件。我国在20世纪80年代就已经引入了Adina,并且翻译了Bathe的有限元著作以及Adina的使用说明。

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       关于Adina在那个时期的源程序,目前网上流传的有两个版本,81版本和84版本,由于年代久远,使用的也是固定格式和f77的Fortran编写的,用今天的编译器来编译运行十分困难,笔者曾经将84版本实现了编译不报错,但是仍然无法使其正确运行得到正确的计算结果。

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       时代更替,曾经流行的Adina,在前后处理方面的弱势使得其风光不再,今天的Adina已经难以与如日中天的ansys,abaqus角力,但是其在流固耦合方面的优势依然保存了一部分用户。另外,Adina始终保持着独特的算法,Bathe大师创立的MITC壳单元,在Opensees等多个软件中得以应用。无论是在安装包的大小还是在商用价格上,Adina应当都具备足够的优势,然而现实似乎不是如此。或许这就是人生吧!希望Adina只是暂时沉寂,假以时日重回巅峰!

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【完】

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