纵观大型工业软件国际发展历程，结构分析软件多起源于军工装备的高端需求，在我国军工装备研制的早期阶段，在各军工单位也诞生了一批结构分析软件和模块，在型号研制中发挥了重要的作用。如航空工业研制的HAJIF系列软件提供了线性静力、非线性静力、动力、气弹等分析功能，曾六次获国家奖，与航空装备共同成长；航天系统研制的热强度分析、可靠性分析软件有力地支撑了航天器的设计；船舶工业研制的水弹性分析软件、噪声分析软件在多型船舶装备研制中起到了重要的作用。
令人惋惜的是，上世纪90年代以来，大批国外CAE软件涌入国内，采用灵活的市场战略和出国培训、免费试用等推广策略逐步占领了我国市场，国内自主研发CAE软件的生存空间受到强烈挤压，这些早期的结构分析软件和模块大多销声匿迹，能够发展成为系统级软件的少之又少。系列文章军工篇中将以国内较有影响力的HAJIF系列软件为代表，来介绍国产结构分析软件发展军工单位的发展历程。
作为科学计算的重要分支，结构分析软件在核心技术研究、重大装备研制中发挥着越来越重要的作用。然而，目前国内的结构分析软件市场大部分被几大国外商软巨头瓜分，国产结构分析软件只能在“夹缝中求生存”。面对如今落后于人的局面，老一辈科技工作者不会忘记，在几十年前的航空界有这么一款结构分析软件，在当时几乎可以做到与国外商软同台竞技、分庭抗礼，屡次获得国家科技进步奖励，并完成了多个当时在研飞机型号的结构分析和优化任务。没错，它就是本期要介绍的航空结构分析系统HAJIF软件。
起点时间回到年，我国航空工业为解决新上马“运十”飞机的结构强度问题，采用有限元自研程序，成功实现了中外翼、中央翼、中机身以及翼身对接组合结构的有限元应力分析，对“运十”飞机在结构设计、试验与试飞环节的成功起到了积极的推动作用。
图1：“运十”飞机乘着有限元方法在“运十”飞机结构分析上成功应用的东风，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”（HANGKONGJIEGOUFENXI），成为中国人自主开发航空结构分析软件的起点。
HAJIF-I
～年，以时任强度所副所长、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，开始研发我国自主的结构分析软件系统。软件早期的研发异常艰难，一度陷入困境。但是，研发人员心中深知，没有中国人自己的结构分析软件，我国航空装备的研制就会始终受制于人。没有硬件设备，大家就用纸笔一个公式一个公式推导；没有研发经验，大家就在不断地摸爬滚打中丰富自己的经验；没有技术基础，就通过各种渠道获得国外软件研发的资料进行学习和剖析。
图2：冯钟越先生功夫不负有心人，年，HAJIF研发团队成功发布了航空结构线性分析有限元程序系统HAJIF-I，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，在功能和性能上达到了国外同类软件水平。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，推动了有限元分析技术在航空领域的应用。
HAJIF-II
～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，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。图3：歼8飞机HAJIF-III
～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，由强度所牵头，所、所和所四个研究所组成联合课题组，以强度所计算结构力学专家李喜明为主任工程师，成功研制了航空结构非线性分析系统HAJIF-III，这是我国自行研制的第一个大型通用结构非线性分析系统。该系统适用于航空等多个工程应用场景，可以进行线性静力、热应力、弹塑性、屈曲、大位移和大变形以及大变形与弹塑性组合分析，包含多种非线性方程解法，具有过极点分析和载荷步长自动选取的功能。同时，HAJIF-III采用了软件工程的开发方法，运用结构化、模块化、积木式的程序设计技巧，便于软件的修改、维护和发展。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，为型号设计提供了依据，软件达到了当时世界同类产品的先进水平。
图4：“歼轰7”飞机HAJIF（X）
～年，为了尽快发展我国自己的集成化航空结构综合分析系统，满足我国军机、民机型号的研制需求，进而替代租用的国外结构分析软件，在航空工业部的领导下，以强度所专家李军杰、陈焕星为主要技术负责人，成功研制了大型通用有限元结构分析程序系统HAJIF（X）。图5：HAJIF(X)团队合影HAJIF（X）系统包含40条主分析流程，可对结构进行静力线性与非线性分析、固有特性分析、动力响应分析、热传导分析、气动弹性分析、多级超单元分析、声响分析、流固耦合分析以及复合材料分析等。系统基于先进的软件架构，集成了当时国内的多个先进算法，在分析规模和效率上有很大提升，从分析功能、材料库、单元库等层面上达到了与当时的NASTRAN、ANSYS、ADINA等国外软件接近或相当的水平。除了在航空型号应用外，HAJIF（X）系统还应用于机械等工业领域。
图6：HAJIF(X)系统功能结构示意图硕果累累经过几十年的发展，HAJIF形成了具有自主知识产权的航空结构分析软件系列产品。其中的数据管理方法和求解算法，如流程和数据组织方法、固有动力特性计算方法、颤振分析、非线性求解策略等，至今仍是自主结构分析软件研发的基础源泉和宝贵财富。由于HAJIF系列软件在当时的先进性和多种型号的成功应用，先后多次获得国家级和省部级奖励，代表了当时国内最高的创新水平。HAJIF-I，获得国防科工委科技进步一等奖；
HAJIF-II，获得国家科技进步二等奖；
HAJIF-Ⅲ，获得国家科技进步一等奖；
HAJIF（X），获得航空部科技进步二等奖；……
图7：HAJIF-Ⅲ获国家科技进步一等奖
结束语回顾历史，HAJIF系列软件的成功研制，与我国航空工业早期的发展是紧密相关的，HAJIF系统的发展与成长完全来自工业部门的紧迫需求，而HAJIF系统在型号中的应用又提高了航空装备研制的水平。总体来说，HAJIF系列软件有两个突出的历史贡献：强度计算从手工到数值HAJIF系列软件促进了我国航空结构强度分析从手工计算到数值模拟的转变，通过在型号研制中的大量应用，极大地提高了型号研制的效率，缩短了结构分析与优化设计周期。国外软件从租赁到售卖在HAJIF系列软件之前，国外的软件对中国只租不卖，甚至按条按小时收费。HAJIF系列软件的成功研发，促使当时国外商软销售模式由软件租用到授权售卖的转变，也从另一个方面印证了HAJIF系列软件在当时具备了与国外商软竞争的实力。正如HAJIF研发团队一直坚持的理念“因为坚持，所以卓越”，工业级的大型结构分析软件不是一朝一夕就能研发成功的，其成功必然要经历长时间的工业验证和升级迭代，借助于良好的软件架构技术和长期软件研发积累的历史积淀，相信国产的结构分析软件的未来一定可期！参考文献
[1]孙侠生、段世慧，坚持自主创新，实现航空CAE软件的产业化发展
[2]岳中第：航空CAE发展的新机遇与挑战
[3]HAJIF-Ⅲ型结构非线性分析系统理论手册
[4]HAJIF(X)系统研制报告
[5]林雪萍，国之重器沦为微生物产业｜中国仿真软件坎坷路
[6]百度百科：冯钟越词条
《国产结构分析软件发展战略研究》系列文章下期将介绍“国产结构分析软件发展历程军工篇(二)”。
敬请期待！
排版：蓝风
编审：武晨
监制：王兰
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