一、引言
结构分析软件作为最早诞生的CAE软件之一， 也是工程中应用范围最广泛的CAE软件。软件通过数值计算等手段可有效解决结构平台的强度和完整性问题，直接决定了结构重量、安全性、寿命、舒适性等结构平台的重要属性，是当之无愧的“国之重器”。欧美等国家一直将结构分析软件作为具有核心战略作用的仿真工具进行持续发展。
结构分析软件的核心战略作用
结构分析软件起源于重大装备研制的需求，美国波音公司最早在1956年为飞机研制开发了一套内部有限元程序，用于翼面结构的强度计算，开创了结构分析软件先河。到1966年，美国NASA为满足阿波罗登月项目中对结构分析的迫切需要，组织开发了第一个工程实用的结构分析软件NASTRAN。国外经过近60年的发展，通过军工驱动、持续支持、市场推进等几个阶段，才发展成为今天的集大成者。
结构分析软件起源于重大装备研制需求
二、国产大型结构分析软件发展历程
长期实践表明，一个工业强国要研制重大装备，就必须要有自主的CAE软件做支撑。现代工业装备的复杂性和成本不断增加，只有更好的性能、更低的成本和更快的研发效率，才能在激烈的竞争中保持优势地位，其成功的核心就是CAE软件。国产CAE软件从解决行业的特定问题起步，逐步形成了比较成体系的CAE软件体系，其中以航空工业的发展最为典型。从上个世纪70年代开始，在硬件条件和科研经费极为困难的条件下，用手摇计算机和纸带数据录入，克服了缺人、缺钱、缺资料和缺计算资源的困难，经过不懈努力和艰苦攻关，成功研发了HAJIF等系列自主结构分析软件，解决了多个工程领域的结构分析与设计难题，并获得了多项国家级科技进步奖项。
1.HAJIF-I
1975年，在中国飞机强度研究所主持召开了航空结构强度计算软件大会，决定由航空工业领导、中国飞机强度研究所牵头组织业内相关单位进行自主开发“航空结构分析系统”，代号“HAJIF”，成为中国人自主开发航空结构分析软件的起点。
著名计算力学专家冯钟越
1976～1979年，以国内著名计算力学专家冯钟越为主任工程师，集合当年国内的一大批相关学科专家，成功开发了航空结构线性分析有限元程序系统HAJIF-I，获得国防科工委科技进步一等奖，这是我国航空领域第一个大型结构静力分析系统。系统采用了多级子结构分析方法和大型稀疏矩阵的多级超元矩阵存贮处理技术，可以针对大规模的复杂飞机结构进行变形和应力分析，在功能和性能上不逊于国外同类软件。经过系统性的测试和验证后，HAJIF-I应用到了当时在研的四个飞机型号中，为整机级和部件级飞机结构分析提供了有效的工具支撑，推动了CAE技术在航空领域的应用。
2.HAJIF-II
1980～1981年，在气动弹性力学专家、工程院院士管德带领下，由强度所牵头成功研制了航空结构动力分析系统HAJIF-II，获得国家科技进步二等奖，这是我国航空领域第一个大型结构动力分析系统。系统采用迭代法和多级子结构动力综合技术，可以进行结构的固有动力特性（固有频率、振型）计算，以及带主动控制系统的颤振计算和突风响应计算，其功能与美国1977年公布的NASTRAN版本的动力部分大体相当。该系统固有动力特性计算方法先进、可靠，解决了歼8等一系列飞机型号的动力学分析问题。
“歼8”飞机
3.HAJIF-III
1982～1985 年，为了解决航空工业和其他工业部门提出的日益增多的结构非线性分析问题，在航空部领导下，由623所、629所、603所和631所四个航空研究所组成联合课题组，成功研制了航空结构非线性分析系统HAJIF-III，获得国家科技进步一等奖，这是我国自行研制的第一个大型通用的结构非线性分析系统。HAJIF-III的非线性求解策略先进，解决了歼轰7机翼弹塑性、稳定性分析问题，为设计提供了依据，达到了世界同类产品的先进水平。
HAJIF-Ⅲ获国家科技进步一等奖证书
HAJIF-Ⅲ研发人员合影
4.YIDOYU
为了体系性地解决航空装备的减重问题，1978年在原航空部领导下，由中国飞机强度研究所（623所）为组长单位，成功研制了飞机结构多约束优化设计系统YIDOYU。该系统主要用于飞机翼面结构设计，也可用于一般薄壁结构在各种结构性状约束下的优化设计。经过多个在研型号实例的考核，证明该系统功能较全、使用方便、方法可靠、计算效率较高，得到了用户的广泛好评。由于出色的优化性能以及在型号研制上的应用，YIDOYU系统先后获得航空部科技成果一等奖、国家科技进步二等奖。
YIDOYU系统获奖证书
5.COMPASS
先进复合材料因其高的比强度和比刚度被现代大型航空结构广泛采用，能给飞机设计带来突出的减重效果和综合性能的显著提高。出于对复合材料结构分析与优化设计的需求，由原航空部在1986年召开会议，确定由强度所牵头开发“复合材料结构分析与优化设计程序系统”COMPASS。系统提供了准则法优化与数学规划法优化两类优化手段，支持金属和复合材料结构的静力、动力、静气弹、颤振分析和应力／应变约束下的满应力／满应变设计，也可进行以重量为目标，以静、动、静弹、颤振响应等多种复杂约束的优化设计。值得一提的是，COMPASS系统比美国MSC公司提前十年实现了结构的满应力／满应变设计和全解析敏度求解，大大提高了大型复杂结构优化设计的效率。
COMPASS软件系统
6.专用软件
上世纪90年代以来，国外商业CAE软件进入了稳定的商业化运作阶段，大批国外软件涌入国内。为了遏制国外商软的冲击，国产软件转而以工程专用为主，融入国内研制规范和工程数据，其在计算能力和功能上与通用软件相比有显著优势，并在一定范围内成功应用于装备研制。如中国飞机强度研究所开发的飞机着陆和滑跑载荷优化设计系统ALTLAS、飞机结构三维温度场分析软件ASTSA等专用软件，为多个型号的成功研制提供了技术支撑。
飞机起落架专用软件ALTLAS
ADDRAS软件系统
ASTSA软件系统
7.HAJIF2013/2018
虽然国内CAE自主研发之路历经艰辛，但是航空人用“因为坚持 所以卓越”的精神一直在困难中坚守。近年来，在强度所创新基金和航空工业集团创新基金等项目的支持下，开发团队又陆续发布了HAJIF软件的新版本（2018年在珠海航展期间发布了2018版本），不断扩充了软件的规模、效率、工程数据库和特色功能，并在大型客机和大型水陆两栖飞机等型号的研制中发挥了重要作用，并且在商业化的道路上进行了有益的探索。
HAJIF2018六大模块
三、结束语
回头看走过的路，国产结构分析软件自主研发之路曾经有过辉煌，也历经艰辛。所幸的是，尽管自主结构分析软件发展之路道阻且长，但仍有一批科技人员数十年如一日地坚守自主软件研发。随着国家对自主工业软件愈发重视，自主工业软件一定会走出低迷，走向涅槃重生的道路。
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