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结构力学仿真软件：OpenSees：线性静力分析案例实践

1OpenSees简介

1.1OpenSees软件概述

OpenSees(OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation)是一个开源的

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

ResearchCenter(PEER)开发。它主要用于地震工程领域的结构分析，但其应用

范围远不止于此，涵盖了线性与非线性静力分析、动力分析、控制理论等多个

领域。OpenSees的核心优势在于其高度的灵活性和可扩展性，用户可以通过编

写脚本来定义复杂的结构模型和分析过程。

1.1.1特点

开源性：OpenSees的源代码完全开放，允许用户自由地修改和扩

展。

模块化设计：软件采用模块化设计，便于用户添加新的分析功能

或材料模型。

高性能计算：支持并行计算，能够处理大规模的结构分析问题。

丰富的材料模型：提供了多种材料模型，包括弹性、塑性、粘弹

性等，适用于不同类型的结构分析。

广泛的分析类型：支持线性静力分析、非线性静力分析、动力分

析、模态分析等多种分析类型。

1.2OpenSees的主要功能和应用领域

1.2.1主要功能

1.结构建模：用户可以定义各种类型的结构，包括框架、剪力墙、

桥梁等，并指定材料属性和几何尺寸。

2.荷载施加：支持多种荷载类型，如重力荷载、地震荷载、风荷载

等，可以进行静态或动态荷载施加。

3.分析求解：提供多种求解器，包括直接求解器、迭代求解器等，

适用于不同类型的分析。

4.结果输出：能够输出结构的位移、内力、应力等分析结果，支持

图形化显示和数据导出。

1.2.2应用领域

地震工程：OpenSees最初为地震工程设计，用于评估结构在地震

1

作用下的响应和破坏模式。

桥梁工程：在桥梁设计和评估中，OpenSees能够模拟桥梁在各种

荷载下的行为。

建筑结构分析：适用于高层建筑、住宅、工业建筑等结构的静力

和动力分析。

土木工程教育：作为教学工具，帮助学生理解和学习结构力学的

基本原理和高级概念。

1.2.3示例：线性静力分析

下面是一个使用OpenSees进行线性静力分析的简单示例。我们将分析一个

简单的两层框架结构在重力荷载作用下的响应。

#OpenSees脚本示例：线性静力分析

#定义一个两层框架结构

#清除所有数据

wipe

#设置分析类型为线性静力分析

systemLinear

numbererRCM

constraintsPlain

integratorLoadControl1.0

analysisStatic

#创建节点

node10.00.00.0

node20.04.00.0

node30.08.00.0

#定义材料

uniaxialMaterialElastic130000.0

#创建框架单元

elementbeamIntegrationLobatto11211.0

elementbeamIntegrationLobatto22311.0

#定义边界条件

fix1111

fix2011

#施加重力荷载

patternPlain11{

load30.00.0-1000.0

2

}

#分析求解

analyze1

#输出结果

printNodeDisplacements3

1.2.3.1解释

1.脚本开始：首先清除所有数据，设置分析类型为线性静力分析。

2.节点创建：定义了三个节点，分别位于结构的底部