結構分析系統
正文
用於飛行器結構分析的大型通用電腦程式系統。系統的形成 用電子計算機進行結構分析始於航空、航天工業。發展初期，結構分析的計算程式的編制，都分別針對各個具體問題，缺乏通用性。隨著計算機技術的發展，飛行器結構分析的規模和範圍日益擴大。另一方面，與電子計算機套用相適應的有限元素法在理論上日臻成熟，在實踐中積累了豐富的經驗；又因有限元素法突出的優點是通用性強，對於各類結構分析問題，都有很大一部分相似的計算過程，非常適宜於標準化。60年代後期，大型通用程式系統出現，並進而發展成為具有商業價值的結構分析軟體。有代表性的航空航天結構分析系統有美國國家航空航天局的 NASTRAN系統、聯邦德國斯圖加特大學航空和航天結構靜動力研究所的ASKA系統。中國發展的航空結構分析系統簡稱 HAJIF，也具有多種結構分析功能。
功能與程式結構 結構分析系統具有對飛行器結構的靜強度、動強度、氣動彈性力學、疲勞與斷裂、熱強度、流體與結構互動作用、自動控制系統與結構互動作用等方面進行分析的功能，同時具備線性和非線性分析的能力。它們以有限元素法為理論基礎，廣泛採用模組式程式結構。模組是相對獨立的程式段，如各種矩陣運算、代數方程組的解算、實數的或複數的特徵值分析、非線性分析的各種算法、瞬態分析的各種算法、裂紋擴展的數值模擬等，都可設計為一些具有特定的物理和數學功能的模組。模組之間不能直接交換信息，也不能相互調用，因而一個模組的修改和新模組的補充一般都不會涉及其他模組，模組的這種相對獨立性使結構分析系統有可能不斷更新和完善。結構分析系統的中樞是執行系統，它的主要功能是監控模組的執行順序，建立和傳遞模組的信息參數，計畫和分配檔案的存區，保持足夠的重新啟動的能力，即在發生預定或意外的中斷後仍能使程式恢復執行。
系統的使用 使用結構分析系統時，首先根據預定的任務和性質，例如決定是靜力還是動力分析，線性還是非線性，結構整體還是局部細節，將實際結構理想化為由若干有限元所組成的計算模型，需要時還可將大型結構劃分為若干區域，這樣的結構區稱為子結構。接著做輸入數據準備。計算模型主要的定義數據是：元素、節點和子結構的編號、節點坐標、元素幾何特性（厚度、慣性矩、截面積等）、材料性質（密度、彈性模量、泊松比、熱膨脹係數、屈服準則、硬化規律等）、載荷、邊界條件和其他約束條件等。通常都運用一組外部數據預處理程式作為數據生成和輸入手段，使人工準備工作量儘可能地減小。結構分析過程通常有兩種格式，一種是固定格式，模組調用的順序已在系統中按固定方式安排，每個固定格式都與一種特定的結構分析問題相對應；另一種格式是向用戶提供矩陣運算程式和求解方法，由用戶自己組織模組的調用順序。用戶選擇好格式，按用戶手冊的規定輸入和起動，結構分析系統就能按用戶的要求執行預定的結構分析任務。系統有自己的專用語言，規定有各類控制卡片的格式，有存放各種類型有限元的元素庫，如桿元、梁元、膜元、板元、殼元、軸對稱元和各類等參元；有存放不同類型材料特性數據的材料庫，供用戶選用，還有錯誤診斷系統。輸入結構數據和輸出分析結果的圖像顯示技術已得到普遍套用，使分析人員易於發現輸入數據的錯誤,同時顯示分析結果,例如位移、振型、結構參量的時間歷程、塑性區、溫度分布、裂紋擴展、動力回響曲線、元素應力、支反力等。
結構分析系統的功能還在不斷地擴大、改進，向著圖像交流方向發展,即通過圖像顯示設備進行人-機對話，研究各種圖像交流的前置和後續處理技術，也就是輸入與輸出數據處理技術，更密切地與計算機輔助設計相配合。
參考書目
W.Pilkey,K. Saczalski,H. Schaeffer, Structural Mechanics, Computer Programs, Univ. Press of Virginia,Charlottesville,1974.
S. J. Fenves, N. Perrone, A. R. Robinson, W.C.Schnobrich, Numerical and Computer Methods in Structural Mechanics, Academic Press, New York,1973.
