结构力学仿真软件：OpenSees：风工程与OpenSees仿真技术.pdf

结构力学仿真软件：OpenSees：风工程与OpenSees仿真技

术

1简介与安装

1.1OpenSees软件概述

OpenSees(OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation)是一个开源的

框架，用于进行结构和地质力学的数值模拟。它特别适用于地震工程，但其强

大的功能和灵活性使其在风工程领域也得到广泛应用。OpenSees支持多种分析

类型，包括线性和非线性静力分析、动力分析、模态分析等，能够处理复杂的

结构模型和材料行为。

1.1.1特点

开源性：OpenSees的源代码完全开放，允许用户自由修改和扩展。

模块化：软件设计为模块化，便于添加新的分析方法和材料模型。

高性能：利用先进的数值算法和优化技术，OpenSees能够高效地

进行大规模结构分析。

跨平台：可在多种操作系统上运行，包括Windows、Linux和

macOS。

1.2OpenSees在风工程中的应用

在风工程领域，OpenSees被用于模拟结构在风荷载作用下的响应。这包括

但不限于高层建筑、桥梁、风力发电机等结构的风振分析。OpenSees提供了多

种工具和功能，如非线性动力分析、随机风荷载生成、结构动力特性分析等，

以帮助工程师理解和预测结构在风荷载下的行为。

1.2.1示例：高层建筑风振分析

假设我们有一个高层建筑模型，需要分析其在风荷载作用下的动态响应。

以下是一个使用OpenSees进行此类分析的简化示例：

#OpenSeesPythonScriptforWind-InducedVibrationAnalysisofaTallBuilding

importopenseespy.openseesasops

#创建一个新的模型

ops.wipe()

ops.model(basic,-ndm,3,-ndf,3)

1

#定义节点

ops.node(1,0,0,0)

ops.node(2,0,100,0)

#定义单元

ops.element(elasticBeamColumn,1,1,2,1000000,1000000,1000000)

#定义边界条件

ops.fix(1,1,1,1)

ops.fix(2,0,1,0)

#定义材料

ops.uniaxialMaterial(Elastic,1,1000000)

#定义分析类型

ops.timeSeries(Random,1,-values,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0,10.0,-dt,0.1)

ops.pattern(UniformExcitation,1,1,-accel,1.0)

#定义求解器

ops.system(BandGeneral)

ops.numberer(RCM)

ops.constraints(Plain)

ops.integrator(Newmark,0.0,0.5)

ops.analysis(Transient)

#进行动态分析

ops.analyze(100,0.1)

1.2.2解释

1.模型创建：首先，我们创建一个新的模型，并设置三维空间和自

由度。

2.节点和单元定义：定义了两个节点和一个弹性梁柱单元，连接这

两个节点。

3.边界条件：底部节点被固定，顶部节点在水平方向上自由。

4.材料定义：定义了一个弹性材料。

5.分析类型：使用随机时间序列来模拟风荷载，通过

UniformExcitation模式将风荷载应用于结构。

6.求解器设置：选择了BandGeneral系统，RCM编号器，以及

Newmark积分器进行瞬态分析。

7.动态分析：最后，我们进行100步的瞬态分析，每步的时间增量

为0.1秒。

2

1.3安