什么是结构分析系统?

[拼音]：jiegou fenxi xitong

[外文]：structural analysis program system

用于飞行器结构分析的大型通用计算机程序系统。

用电子计算机进行结构分析始于航空、航天工业。发展初期，结构分析的计算程序的编制，都分别针对各个具体问题，缺乏通用性。随着计算机技术的发展，飞行器结构分析的规模和范围日益扩大。另一方面，与电子计算机应用相适应的有限元素法在理论上日臻成熟，在实践中积累了丰富的经验；又因有限元素法突出的优点是通用性强，对于各类结构分析问题，都有很大一部分相似的计算过程，非常适宜于标准化。60年代后期，大型通用程序系统出现，并进而发展成为具有商业价值的结构分析软件。有代表性的航空航天结构分析系统有美国国家航空航天局的 NASTRAN系统、联邦德国斯图加特大学航空和航天结构静动力研究所的ASKA系统。中国发展的航空结构分析系统简称 HAJIF，也具有多种结构分析功能。

结构分析系统具有对飞行器结构的静强度、动强度、气动d性力学、疲劳与断裂、热强度、流体与结构交互作用、自动控制系统与结构交互作用等方面进行分析的功能，同时具备线性和非线性分析的能力。它们以有限元素法为理论基础，广泛采用模块式程序结构。模块是相对独立的程序段，如各种矩阵运算、代数方程组的解算、实数的或复数的特征值分析、非线性分析的各种算法、瞬态分析的各种算法、裂纹扩展的数值模拟等，都可设计为一些具有特定的物理和数学功能的模块。模块之间不能直接交换信息，也不能相互调用，因而一个模块的修改和新模块的补充一般都不会涉及其他模块，模块的这种相对独立性使结构分析系统有可能不断更新和完善。结构分析系统的中枢是执行系统，它的主要功能是监控模块的执行顺序，建立和传递模块的信息参数，计划和分配文件的存区，保持足够的重新启动的能力，即在发生预定或意外的中断后仍能使程序恢复执行。

使用结构分析系统时，首先根据预定的任务和性质，例如决定是静力还是动力分析，线性还是非线性，结构整体还是局部细节，将实际结构理想化为由若干有限元所组成的计算模型，需要时还可将大型结构划分为若干区域，这样的结构区称为子结构。接着做输入数据准备。计算模型主要的定义数据是：元素、节点和子结构的编号、节点坐标、元素几何特性（厚度、惯性矩、截面积等）、材料性质（密度、d性模量、泊松比、热膨胀系数、屈服准则、硬化规律等）、载荷、边界条件和其他约束条件等。通常都运用一组外部数据预处理程序作为数据生成和输入手段，使人工准备工作量尽可能地减小。结构分析过程通常有两种格式，一种是固定格式，模块调用的顺序已在系统中按固定方式安排，每个固定格式都与一种特定的结构分析问题相对应；另一种格式是向用户提供矩阵运算程序和求解方法，由用户自己组织模块的调用顺序。用户选择好格式，按用户手册的规定输入和起动，结构分析系统就能按用户的要求执行预定的结构分析任务。系统有自己的专用语言，规定有各类控制卡片的格式，有存放各种类型有限元的元素库，如杆元、梁元、膜元、板元、壳元、轴对称元和各类等参元；有存放不同类型材料特性数据的材料库，供用户选用，还有错误诊断系统。输入结构数据和输出分析结果的图像显示技术已得到普遍应用，使分析人员易于发现输入数据的错误，同时显示分析结果，例如位移、振型、结构参量的时间历程、塑性区、温度分布、裂纹扩展、动力响应曲线、元素应力、支反力等。

结构分析系统的功能还在不断地扩大、改进，向着图像交流方向发展，即通过图像显示设备进行人-机对话，研究各种图像交流的前置和后续处理技术，也就是输入与输出数据处理技术，更密切地与计算机辅助设计相配合。

参考书目

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.