OpenSEES學習筆記

1、1、利用零長單元模擬阻尼， uniaxialMaterial Elastic 1 6.8098e6;uniaxialMaterial Viscous 2 3.24e5 1;uniaxialMaterial Parallel 3 3 5;element zeroLength 1 $iNode $jNode -mat 3 -dir 1;通常有兩種方式：（1）truss element and viscous material.（桁架單元和阻尼材料）（2）force-based beam-column element and Maxwell material（基于力的梁柱單元和Maxwell材料）。

2、、如何運行OpenSEES有三種方法可以執(zhí)行OpenSees/Tcl命令：1、interactive交互式直接將命令輸入Prompt。2、執(zhí)行文件輸入這種方法是最常用的一種，以source inputfile.tcl方式執(zhí)行已寫好的外部命令文件。3、Batch模式即以OpenseesinputFile.tcl方式在MSDOS/Unix promt中運行。二、定義單位和常數(shù)在編寫一個較大的Opensees命令時。最好先定義好單位及常數(shù)。在Opensees中，編譯器不能自行轉(zhuǎn)換單位。所以一開始就要先定義好。單位定義包括兩部分：首先定義基本單位；再定義合成單位。其中基本單位要相互獨立。同時，在定義單

3、位時，既可以按國際公制單位，也可以按私制單位。因些在單位定義文件中可能是混合的。我個人建議，還是采用國際公制單位較好。像國外常用英制單位。很不習慣。對于一些常數(shù)，如和g等常數(shù)要事先定義好。在定義這些單位時所用的命令是“set”。三、生成Matlab命令Matlab是后處理最常用的工具，通過Tcl腳本語言可以得到Matlab命令文件。同時保證相同的分析參數(shù)。如下例：四、定義Tcl命令的方法這種方法是從Tcl語言獲得的工具，他是一種廣義上的函數(shù)或者子程序協(xié)議。這個不是很明白五、讀取外部文件外部文件可能是Tcl命令或者是數(shù)據(jù)。有以下三種方法：（1）普通讀取文件法；（2）重復計算讀取文件法；（3）外部

4、數(shù)據(jù)文件讀取法。（1）普通讀取文件法：source.inputfile.tcl。當外部文件中包括一系列的常用分析命令時，可用這個方法。（2）重復計算讀取文件法：外部文件可能包括一系列重復的計算，則采用以下方法。隨時改變參數(shù)。也是一種交互式的輸入（3）外部數(shù)據(jù)文件讀取法：這個命令可以用于打開一個數(shù)據(jù)文件。并按行讀取，指定每行的值為單變量。如果一行中有多個值時，則變量是列陣。而其中每個元素可用“l(fā)index”命令提取。六、建立模型這項是我們做分析時很關(guān)鍵的一個前提。常規(guī)流程包括以下幾個方面：（1）定義變量和參數(shù)；（2）建立模型和定義節(jié)點；（3）建立模型和使用變量定義節(jié)點；（4）定義材料；（5）定義

5、單元。（1）定義變量和參數(shù)：在Tcl腳本語言中變量是用來替代數(shù)字的。一旦被定義好，則可用來代替數(shù)字。當重新要使用這些數(shù)字的時候，只需要用“$”字符則可以調(diào)用。如果不用此字符。則變量名將會被視為字符串命令將導致錯誤結(jié)果。在定義模型的變量時，通常首先定義好材料參數(shù)，然后單元參數(shù)，再是重力（質(zhì)量）參數(shù)，最后是分析參數(shù)。設定好變量定義的命令文件有很多好處，當需要對材料或尺寸等變量進行修改時，只需在這個文件中修改即可。無需修改后面的文件。在材料參數(shù)中，主要涉及到材料的本構(gòu)關(guān)系變量；單元參數(shù)中，主要涉及到單元幾何尺寸及數(shù)量；重力參數(shù)中，主要是模型質(zhì)量分布；分析參數(shù)中，主要是增量步長及數(shù)值計算參數(shù)。（2）建

6、立模型和定義節(jié)點：這些模型節(jié)點通常是置于輸入文件的開頭。最后的定義結(jié)點質(zhì)量的命令會覆蓋先前定義的節(jié)點質(zhì)量。在定義這些節(jié)點時也可以使用變量來定義，效果是一樣的。（4）定義材料：以下的例子是用于定義鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材料。假定變量都已定義。當這些命令編制在一個外部文件中時，可以用source命令執(zhí)行。（5）定義單元：七、定義輸出（1）定義生成分析輸出生成的分析輸出將取決于分析是靜力的還是動力的。如下例子：（2）定義分析中的數(shù)據(jù)圖八、重力荷載（1）定義重力荷載（2）運行重力分析九、靜力分析（1）定義靜力推覆分析。這條命令將在重力荷載被定義和應用之后運行。（2）運行靜力推覆分析。當運行靜力推覆分析時可能

7、用一條命令即可，而單分析參數(shù)環(huán)境下通常不容易收斂。因些寫個腳本試用多個算法增加收斂的可能性?；蚴?、動力分析（1）定義動力地面動動分析（2）運行動力地面運動分析十一、關(guān)于OpenSEES例子的介紹。通常在建立分析模型時，重力分析是其中的一部分。（一）建立模型1、彈性單元2、非彈性單元：包括兩種截面類型，a、單軸截面；b、纖維截面。3、水平荷載：a、靜力推覆（包括單調(diào)加載和循環(huán)往復加載）；b、隨時間變化的動力加載（動力分析）：包括均勻正弦波、多點激勵正弦波、均勻地震波、多點激勵地震波、雙向激勵地震波（二）分析過程1、建立模型（1）定義模型維數(shù)和自由度數(shù)（2）定義節(jié)點坐標（3）定義節(jié)點約束邊界條件（

8、4）定義節(jié)點質(zhì)量（5）定義單元和單元連接（6）定義輸出記錄以上為OpenSEES建立模型時的常規(guī)步驟。2、定義和施加豎向荷載（1）定義節(jié)點或單元的豎向荷載（2）定義靜力分析參數(shù)容差、算法、約束，方程和加載步（3）運行分析（4）保持豎向荷載為常數(shù)（為后續(xù)的水平荷載分析）（5）重置時間為0。3、定義和施加水平荷載（1）定義荷載模式（節(jié)點荷載為靜力分析，支點運動為地震分析）（2）水平荷載分析參數(shù)（容差或時間/位移增量）A、靜力水平荷載分析：定義位移增量和位移加載路徑B、動力水平荷載分析：定義輸入地震動及所有相關(guān)參數(shù)，例如地震波調(diào)整和輸入類型；定義分析持時和時間增量；定義阻尼。(3)運行分析十二、Op

9、enSees初級入門篇及簡單例子To conduct a simulation in OpenSees, the user creates an input file (a script). A script is just a series of commands that instruct the interpreter what to do. In the case of OpenSees, the commands either create objects or invoke methods (procedures) on those objects. In OpenSees the

10、re are 3 types of objects the user must create: 1. Modeling: The user first creates a ModelBuilder object which defines the type of model, and commands available for building the model. With a ModelBuilder defined the user then creates the Element, Node, LoadPattern and Constraint objects that defin

11、e the model. In this primer the use of the basic ModelBuilder will be demonstrated. 2. Analysis: After the user has defined the model, the next step is to create the Analysis object for analyzing the model. This may be a simple static linear analysis or a transient non-linear analysis. In OpenSees,

12、an Analysis object is composed of several component objects and these define the type of analysis that is performed. The component objects consist of the following: SolutionAlgorithm, Integrator, ConstraintHandler, DOF Numberer, SystemOfEqn, Solver, and ConvergenceTest. This approach provides a grea

13、t deal of flexibility in how an analysis is conducted, but requires knowledge on behalf of the user as to what the different options provide. 3. Output Specification: Once the model and analysis have been defined, the user must specify what is to be monitored during the analysis. OpenSees by default

14、 will producde no output. The outputs specified could for example be the displacement history at a node or internal stress state at some material point in an element element. The user typically creates Recorder objects to store what the user wants to examine, though the user can also use the tcl put

15、s command. In each of the following examples, tcl scripts are used to create model, analysis and a recorder objects. After these objects have been created, the analysis is performed. The analyses performed on these models consist of simple static gravity analysis and pushover analysis and transient

16、analysis of models subjected to earthquake excitation. The examples are not meant to be completely realistic, but they are representative of typical structures. They are intended to remain s 以上這些文字的主要是意思是：為了用OpenSees完成模擬，用戶先要創(chuàng)建一個輸入文件（腳本），這個腳本是由一系列命令構(gòu)成的，這些命令指導編譯器如何進行。在OpenSees例子中，這些命令有的是建立對象，有的是為實現(xiàn)對象

17、而引入方法（程序）。在OpenSees中，以下三種對象類型是必需建立的：1、模型：用戶首先要建立模型對象，用于定義模型類型。通過ModelBuilder命令可以定義單元、節(jié)點、荷載模式及約束條件。2、分析：在模型建立之后，用戶的下一步就是要建立分析對象。分析對象可能是簡單的靜力線性分析，或者是瞬時非線性分析。在OpenSees中，分析對象包括多個對象元素，有數(shù)值算法（SolutionAlgorithm）, 加載方式（Integrator）, 邊界處理方法（ConstraintHandler）, 自由度編號處理（DOF Numberer）, 計算方法，解方程（SystemOfEqn）, 求解器（

18、Solver）, 和收斂準則（ConvergenceTest）3、輸出定義：一旦模型和分析定義好，用戶則需要規(guī)定在分析時得到什么結(jié)果。若無輸出定義，OpenSees本身不會輸出結(jié)果，輸出結(jié)果可是一節(jié)點上的時程位移或者一個單元在某點上的內(nèi)部應力狀態(tài)。用戶通常用Recorder命令保存想要得到的結(jié)果。同樣也可以用TCL命令。在以下每個例子中，tcl腳本命令是用于建立模型、分析及記錄對象。在這些對象定義好之后，運行分析。在這些模型執(zhí)行分析時，包括簡單的重力分析、推覆分析和由于地震激勵下的瞬時分析。這些例子并不意味著和現(xiàn)實完全相同，但是是典型結(jié)構(gòu)的代表。For OpenSees we have add

19、ed commands to Tcl for finite element analysis. These commands can be grouped into four sections: 1. Modeling Commands commands added to the interpreter to create the finite element model. 2. Analysis Commands commands added to Tcl to create the analysis procedure. 3. Output Commands commands aded t

20、o Tcl to monitor what is happening in the model during the analysis. 4. Misc Commands commands added to Tcl to help monitor and modify the model and analysis during the run-time. 5. DataBase Commands commands added to Tcl to construct a FE_Datastore object. 對于利用OpenSees進行有限元分析，我們已經(jīng)創(chuàng)建了Tcl命令。這些命令總共可以分

21、成以下四個板塊：1、 模型命令：用于建立有限元模型；2、 分析命令：用于建立分析程序；3、 輸出命令：用于建立在分析時，輸出所要的結(jié)果；4、 混合命令：用于在分析時修改模型和分析；5、 數(shù)據(jù)庫命令：用于建立FE數(shù)據(jù)保存。到目前為止，主要是用到前三板塊，后面兩板塊尚不知道為何物。十三、目前關(guān)于OpenSees初學習時的問題1、 目前基本知道OpenSees是如何進行結(jié)構(gòu)分析的，但是還是不能整體把握住全過程。這個問題可以通過多練習解決。2、 建立模型的部分基本上沒有大問題，不過對于非線性問題的建模還比較大。特別是對于材料定義、截面定義、單元定義這三方面，有待加強。3、 工況定義和分析定義方面現(xiàn)在還

22、比較生疏，特別是對分析元素的理解，現(xiàn)在很不明確。這點急需加強。4、 對于輸出定義問題。這個不是很難，可是還不能靈活掌握?？梢酝ㄟ^練習解決。5、 最后一點，就是關(guān)于整個程序命令的先后順序問題，這個目前個人覺得沒什么大影響，可是把握主要路線可不分先后（如分析時）?？梢韵蚋呷苏埥滔?！細節(jié)問題：在定義幾何轉(zhuǎn)換時，對于二維問題，單元方向不用考慮。對于三維問題，則要定義好。其中有個vecxz是平行于局部座標系x-z平面的向量。還就是關(guān)于單元座標系的指定：通常規(guī)定，x軸是連接單元兩端節(jié)點的一個座標軸。而y、z軸的定義是通過向量vecxz定義的，y軸的定義是通過vecxz和x軸的向量積得到。但是現(xiàn)在的問題是vecxz向量是通過z、y軸來確定的。可是z、y軸如何確定呢？In addition to using recorders, it is possible to specify output using the print and puts commands. When no file identi