结构力学仿真软件：OpenSees：结构优化设计与OpenSees.pdf

结构力学仿真软件：OpenSees：结构优化设计与OpenSees

1OpenSees简介

1.1OpenSees的历史与发展

OpenSees（OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation）是一款开源

的结构力学仿真软件，由加州大学伯克利分校的PacificEarthquakeEngineering

ResearchCenter（PEER）开发。自1997年启动以来，OpenSees不断吸收结构工

程、地震工程和软件工程领域的最新研究成果，逐渐发展成为结构动力学和非

线性结构分析的领先工具。

1.1.1发展历程

1997年：项目启动，旨在开发一个灵活的、可扩展的结构分析平

台。

2000年：发布第一个版本，支持线性和非线性静态分析。

2005年：引入动力学分析功能，包括模态分析和时程分析。

2010年：增加多处理器并行计算支持，提高大规模结构分析的效

率。

2015年：引入Python接口，使用户能够利用Python的灵活性进

行更复杂的建模和后处理。

2020年：持续更新，增加更多材料模型和结构元件，以适应更广

泛的工程应用。

1.2OpenSees的主要功能与应用领域

OpenSees提供了丰富的功能，适用于多种结构力学分析场景，包括但不限

于：

线性与非线性静态分析：能够处理结构在各种荷载下的响应，包

括预应力、几何非线性等。

动力学分析：包括模态分析、频谱分析和时程分析，适用于地震

工程、风工程等。

材料与截面模型：支持多种材料模型，如钢筋混凝土、钢材、土

等，以及复杂的截面组合。

结构元件库：包括梁、柱、墙、板、连接件等，适用于桥梁、建

筑、隧道等结构的建模。

并行计算：利用多处理器加速大规模结构的分析，提高计算效率。

Python接口：允许用户使用Python进行建模、分析和后处理，

提供更高级的编程能力。

1

1.2.1应用领域

地震工程：评估结构在地震荷载下的性能，进行抗震设计和优化。

风工程：分析结构在风荷载下的响应，设计抗风结构。

桥梁工程：模拟桥梁在各种荷载下的行为，优化设计和维护策略。

建筑结构：分析建筑结构的稳定性，进行结构优化和抗震加固。

隧道与地下结构：评估地下结构在地震、地下水压力等条件下的

安全性。

1.2.2示例：OpenSeesPython接口进行简单结构分析

#导入OpenSeesPy模块

importopenseespy.openseesasops

#初始化OpenSees模型

ops.wipe()

ops.model(basic,-ndm,2,-ndf,2)

#创建节点

ops.node(1,0.0,0.0)

ops.node(2,10.0,0.0)

#固定底部节点

ops.fix(1,1,1)

#创建梁单元

ops.element(elasticBeamColumn,1,1,2,1000.0,10000.0)

#创建荷载模式

ops.timeSeries(Linear,1)

ops.pattern(UniformExcitation,1,-accel,0.1,-dt,0.01)

#分析设置

ops.system(BandGeneral)

ops.numberer(RCM)

ops.constraints(Plain)

egrator(LoadControl,1.0)

ops.analysis(Static)

#进行分析

ops.analyze(1)

#输出结果

print(Node2displacement:,ops.nodeDisp(2,1))