تحلیل و مقاوم سازی در نرم افزار OpenSees

نرم افزار اپنسیس (OpenSees) یکی از نرم افزار های تحلیل سازه‌­ها در رشته مهندسی عمران بوده که در سال 1990 توسط محققین دانشگاه برکلی آمریکا تهیه شده و از آن زمان تاکنون در حال توسعه مداوم می­‌باشد. نرم افزار  OpenSees یک نرم افزار کدباز و رایگان است که با استفاده از روش اجزا محدود به تحلیل انواع سازه‌ها می‌پردازد. نام این نرم‌افزار به‌صورت مخفف از حروف اول کلمات عبارت Open System for Earthquake Engineering Simulation به معنای سیستم باز جهت شبیه‌سازی در مهندسی زلزله، گرفته‌ شده است.OpenSees به طور تخصصی در حوزه سیستم‌های عملکردی خاک و سازه تحت زلزله طراحی شده است و با این هدف از سال‌های 1990 تاکنون تحت بررسی و توسعه است. از آنجایی‌ که این نرم‌ افزار کدباز می‌ باشد، محققین می‌توانند مصالح و دستور های جدید را به کتابخانه این نرم‌افزار اضافه کنند و رایگان بودن این نرم‌افزار موجب می‌ شود که به‌ راحتی بتوان در مقالات معتبر جهانی از این نرم‌افزار بدون نیاز به پرداخت هزینه و خرید، استفاده نمود، که در مقایسه با نرم‌افزار های تجاری دیگر مزیت بسیار مهمی می‌ باشد.

امکانات نرم افزار OpenSees

نرم‌ افزار OpenSees دارای یک آرشیو کامل از انواع رفتار‌های خطی و غیرخطی در خصوص تعریف مصالح، المان‌‌های فولادی و بتنی و تعریف المان‌‌های مختلف در خصوص مدل‌ سازی می‌‌باشد. به‌جز عناصری که در آرشیو موجودی می‌‌باشد، کاربر می‌‌تواند به‌صورت اختیاری نیز نوعی از مواد و مصالح و المان‌‌ها را برای مدل‌سازی خود تعریف کند. نرم‌افزار قادر به تحلیل انواع مدل‌‌های خطی و غیرخطی سازه‌ ای و ژئوتکنیکی می‌‌باشد. تحلیل‌ها به‌صورت انواع تحلیل‌های استاتیکی و دینامیکی در حالت خطی و غیرخطی انجام می‌ شود که معروف‌ ترین آن‌ها به‌ صورت زیر آورده شده است:

• تحلیل استاتیکی غیرخطی (static pushover Analysis)
• تحلیل استاتیکی سیکلی (static reversed-cyclic Analysis)
• تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی (Dynamic time-series Analysis)
• تحلیل مدل‌سازی تحریک یکنواخت پایه (Uniform-support Exitation)
• تحلیل مدل‌سازی چندتایی پایه (Multi support Exitation)

نرم‌ افزار OpenSees قادر به مدل‌ سازی انواع قسمت‌‌های یک المان سازه‌ ای می‌‌باشد. می‌توان گفت نرم‌ افزار فوق تمام قسمت‌‌های یک قالب سازه از هر نوعی با هر مصالحی را مدل می‌کند. میلگردهای موجود در سطح مقطع یک عنصر، بتن اطراف میلگردها با پوشش حداقل و حداکثر، خستگی در المان‌ها تحت اثر هر نوع بارگذاری، رفتار هیسترزیسی به‌صورت منحنی نیرو-تغییر مکان و… از جمله مسائلی هستند که نرم‌افزار فوق قادر به مدل کردن و تحلیل آن‌ها می‌‌باشد.

از قابلیت‌های کلیدی نرم افزار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• رایگان، منبع باز، در دسترس بودن و در نتیجه مناسب برای ارائه مقالات در کنفرانس‌ها و مجلات بین المللی.
• دارای فروم قوی و پویا برای رسیدگی به مشکلات مدل‌سازی و آنالیز محققین.
• دارای موتور قوی و بسیار سریع آنالیز در حوزه رفتار غیر خطی سازه‌های مختلف (آنالیزهای استاتیکی پوش آور، استاتیکی دوره‌ای، دینامیکی تاریخچه زمانی، دینامیکی افزایشی در حالت‌های خطی و غیرخطی)
• قابلیت انعطاف بسیار بالای دستورات و نیز قابلیت اضافه کردن دستورات جدید به بدنه اصلی نرم افزار.
• قابلیت انجام آنالیزهای حجیم بهینه سازی، پارامتریک و حتی کنترل فعال سازه‌ها از طریق اتصال به نرم افزارهایی مانند MATLAB
• دقت بالای نتایج خروجی برنامه و همچنین موجود بودن صحت سنجی برنامه در آنالیزهای مختلف با نتایج حاصل از آزمایش‌های روی میز لرزه
• آرشیو کاملی از مواد و المان‌ها و قابلیت کدنویسی برای چندین آنالیز مختلف (مانند IDA) توسط زبان برنامه نویسی قوی TC
• قابلیت تحریک چند نقطه‌ای (کاربرد در آنالیز پل‌ها)
• حجم کم نرم افزار و خروجی‌های آن در مقایسه با سایر نرم افزارها در آنالیزهای غیرخطی

قسمت‌های اصلی نرم‌ افزار Opensees

نرم‌ افزار اپنسیس از قسمت‌های ذیل تشکیل‌ شده است:

1-    ساخت مدل (Model Building)
2-    تحلیل(Analysis)
3-    ضبط کننده  (Recorder)

ساخت مدل

از این قسمت برای ساخت فیزیک مدل استفاده‌ شده و شامل بخش‌ های تعریف مدل (model BasicBuilder)، تعریف نقطه (Node)، تعریف جرم (Mass)، تعریف مصالح تک‌ محوره (Uniaxial Material)، تعریف مقطع (Section)، تعریف عضو (Element)، تعریف حوزه (Region)، تعریف تبدیلات هندسی (Geometric Transformation)، تعریف سری‌‌های زمانی (Time Series) و تعریف الگوی بار (Pattern Command) و … می‌‌باشد.

تحلیل

این قسمت عهده‌ دار اجرای عملیات تحلیل می‌‌باشد، حال این تحلیل ممکن است تحلیل استاتیکی خطی، دینامیکی غیر خطی باشد. نرم‌افزار Opensees روش‌هایی برای تحلیل سازه‌‌ها ارائه می‌‌کند که تحت آن تحلیل استاتیکی و دینامیکی برای مدل‌‌های خطی و غیرخطی انجام می‌‌شود. در نرم‌ افزار مهندسی Opensees توجه خاصی بر ارضا معادلات تعادل و سازگاری نیرو-تغییر مکان شده است. در حقیقت روش‌های ارائه‌ شده در این کد برنامه‌ نویسی، مجموعه روش‌های اصلی تحلیل سازه‌‌های به‌کاررفته در طراحی مقاوم لرزه‌ ای می‌‌باشد. قسمت تحلیل نرم‌افزار Opensees شامل بخش‌‌های مقید سازی (Constraint)، شمارنده(Numberer)، سیستم (System)، آزمایش (Test)، الگوریتم (Algorithm)، انتگرال گیر (Integrator) و تحلیل (Analysis) می‌‌باشد.

ضبط کننده

این قسمت برای ثبت نتایج خروجی‌‌های مدل‌ های تحلیل‌ شده به کار می‌رود و شامل ثبت‌کننده نقطه (Node  Recorder)، پوش نقطه (Envelope Node Recorder)، تغییر مکان نسبی (Drift Recorder)، المان (Element Recorder)، پوش المان (Envelope Element Recorder)، نمایش (Display Recorder) و نمودار (Plot Recorder) می‌‌باشد.

دانلود آخرین نسخه نرم افزار OpenSees