结构力学仿真软件：OpenSees：非线性静力分析理论与应用.pdf

结构力学仿真软件：OpenSees：非线性静力分析理论与应

用

1OpenSees软件概述

OpenSees是一个开源的结构力学仿真软件，主要用于地震工程、结构工程

和土木工程领域的非线性动力和静力分析。它由加州大学伯克利分校的Pacific

EarthquakeEngineeringResearchCenter（PEER）开发，旨在为研究者和工程师提

供一个灵活、高效且可扩展的平台，以进行复杂的结构分析和设计。

1.1软件特点

开源性：OpenSees的源代码完全开放，允许用户根据需要进行修

改和扩展。

模块化设计：软件采用模块化设计，用户可以轻松地添加新的材

料模型、单元类型、载荷和边界条件。

高性能计算：OpenSees支持并行计算，能够处理大规模的结构模

型。

丰富的分析类型：除了非线性静力分析，OpenSees还支持线性静

力分析、动力分析、模态分析等多种分析类型。

1.2应用领域

地震工程：模拟地震对建筑物、桥梁等结构的影响。

结构工程：进行非线性结构分析，评估结构在极端载荷下的性能。

土木工程：设计和分析大坝、隧道、地下结构等土木工程项目。

2非线性静力分析的基本概念

非线性静力分析，也称为Pushover分析，是一种评估结构在逐渐增加的载

荷作用下性能的方法。它主要用于确定结构的极限承载能力和变形能力，特别

是在地震载荷下的表现。

2.1原理

在非线性静力分析中，结构受到一系列逐渐增加的静力载荷作用，直到结

构达到其极限状态。分析过程中，考虑材料的非线性行为、几何非线性和接触

非线性等因素。通过这种分析，可以得到结构的力-位移曲线，从而评估结构的

安全性和稳定性。

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2.2OpenSees中的非线性静力分析

在OpenSees中执行非线性静力分析，通常涉及以下几个步骤：

1.建立模型：定义结构的几何、材料属性、单元类型和边界条件。

2.施加载荷：定义载荷模式，通常为逐渐增加的水平载荷。

3.设置分析类型：选择非线性静力分析，并定义分析参数。

4.执行分析：运行分析，记录结构响应。

5.结果分析：分析力-位移曲线，评估结构性能。

2.2.1示例：OpenSees非线性静力分析

#OpenSeesPython接口示例：非线性静力分析

importopenseespy.openseesasops

#1.建立模型

ops.wipe()#清除所有模型数据

定义模型，每个节点个自由度

ops.model(basic,-ndm,2,-ndf,2)#2D2

#创建节点

ops.node(1,0.0,0.0)

ops.node(2,10.0,0.0)

#定义材料

ops.uniaxialMaterial(Elastic,1,30000.0)

#创建杆单元

ops.element(Truss,1,1,2,1000.0,1)

#约束节点

ops.fix(1,1,1)

ops.fix(2,0,1)

#2.施加载荷

ops.timeSeries(Linear,1)

ops.pattern(Plain,1,1)

ops.load(2,100.0,0.0)

#3.设置分析类型

ops.system(BandGeneral)

ops.numberer(RCM)

ops.constraints(Plain)

ops.integrator(LoadControl,0.01)

ops.test(NormUnbalance,1.0e-8,10)

2

ops.algorithm(Newton)

ops.analysis(Static)

#4.执行分析

ops.analyze(100)#分析100步

#5.结果