OpenSEES的命令流

OpenSEES的命令流一般可以划分为以下几个部分：

（1）结构模型定义，包括节点定义、约束定义、材料定义、截面定义、坐标轴定义及单元定义。

（2）结果输出定义，主要是定义OpenSEES里面记录数据的命令Recorder。

（3）荷载定义，包括力控制工况静力荷载，位移控制工况静力荷载，地震波时程等。

（4）分析定义，是指一些迭代算法与收敛参数的选取。

 

一、结构模型定义部分：

1、第一句命令：wipe，即清除程序之前的输入数据。

 

2、确立结构自由度规定：model basic -ndm 3 -ndf 6，指的是三维六节点自由度体系。

 

3、节点定义的命令流： node $nodeTag $posx $posy $posz 

其中$nodeTag为节点编号，$posx $posy $posz 代表该节点的坐标

 

4、弹性材料定义命令流：uniaxialMaterial Elastic $matTag $E

 

5、桁架单元命令流：element truss $eleTag $iNode $jNode $A $matTag

 

6、刚性隔板：rigidDiaphragm $perpDirn $masterNodeTag $slaveNodeTag...

其中$perpDirn表示刚性隔板的方法，如楼板刚性隔板的平移方向为U1、U2，即1-2平面，该值应该为3.

另外，还需要对刚性隔板的主节点只具有平面内的自由度（U1、U2和UR3），其他自由度需要被约束。

 

7、点约束：fix $NodeTag 0 0 1 1 1 0 （u1 u2 u3 ur1 ur2 ur3）

 

8、弹性梁柱单元：element elasticBeamColumn $eleTag $iNode $jNode $A $E $G $J $Iy $Iz $transfTag

 其中 $transfTag 代表局部坐标

9、局部坐标用截面2轴的方向来指代

geomTransf Linear $transfTag $x $y $z

 

10、Steel01：

uniaxialMaterial Steel01 $matTag $Fy $E0 $b <$a1 $a2 $a3 $a4>

其中，Fy—屈服强度，Mpa。E0—弹模，Mpa。b—硬化系数

 

11、

Concrete01：

uniaxialMaterial Concrete01 $matTag $fpc $epsc0 $fpcu $epsU

其中，fpc—28天混凝土抗压强度标准值，epsc0—最大强度所对应的应变，fpcu，epsU—破坏强度及其对应的应变。

Concrete02：

uniaxialMaterial Concrete02 $matTag $fpc $epsc0 $fpcu $epsU $lambda $ft $Ets

其中，fpc—28天混凝土抗压强度标准值，epsc0—最大强度所对应的应变，fpcu，epsU—破坏强度及其对应的应变，lambda——滞回特征参数，为在epscu处卸载刚度与初始刚度的比值，一般取0.1，ft——受拉极限强度，Ets——受拉开裂后的斜率

 

12、纤维截面定义：

section Fiber n{

fiber $yLoc $zLoc $A $matTag

......}

以上命令流表示，纤维截面编号为1，{}内部为子命令流，表示每一个纤维的信息。

其中 $yLoc $zLoc 分别表示每个纤维的Y、Z坐标，截面中心点为0。$A指每个纤维的贡献面积

 

13、非线性梁柱单元（基于柔度法）：

element nonlinearBeamColumn $eleTag $iNode $jNode $numIntgrPts $secTag $transfTag <-mass $massDens> <-iter $maxIters $tol> <-integration $intType>

其中，$numIntgrPts积分点数量，即纤维单元的计算截面编号。

$secTag截面纤维编号

 

14、剪切本构和抗扭本构：

需要对已经定义的截面进行进一步的组装：

section Aggregator $secTag $matTag1 $dof1 $matTag2 $dof2 ....... <-section $sectionTag>

其中，dof：

此时mat的值，例如

uniaxialMaterial Elastic 201 1.5E+09 对应的是你这个dof的刚度。

<-section $sectionTag>指的是已存在的定义截面

单元的截面编号应采用这个组装后的截面编号。

 

15、质量源

OpenSees里面采用节点质量源，每个节点有6个自由度，每个自由度上都有广义质量。

put "mass"

mass $nodeTag (ndf $massValues)

普通节点的质量定义如下：

mass $nodeTag $M $M $M 0 0 0

 

16、OpenSees里结构采用的是瑞利阻尼：

Set xDamp 0.05     设置阻尼比

Set nEigenI 1     主振型1为第一振型

Set nEigenJ 2     主振型2为第二振型

set lambdaN [eigen [expr $nEigenJ]]; 求解两阶振型即可

set lambdaI [lindex $lambdaN [expr $nEigenI-1]];     提取第一阶特征值

set lambdaJ [lindex $lambdaN [expr $nEigenJ-1]];     提取第二阶特征值

set omegaI [expr pow($lambdaI,0.5)];      从特征值求圆频率1

set omegaJ [expr pow($lambdaJ,0.5)];      从特征值求圆频率2

set alphaM [expr $xDamp*(2*$omegaI*$omegaJ)/($omegaI+$omegaJ)];    质量相关系数α

set betaKcurr [expr 2.*$xDamp/($omegaI+$omegaJ)];     刚度相关系数β

rayleigh $alphaM $betaKcurr 0 0    定义瑞利阻尼，只需填写α和β，其他为0

 

17、单向地震波数据的设置：

set IDloadTag 1001;    给地震波工况编号

set iGMfile "GMX.txt";    

set iGMdirection "1";     地震波方向

set iGMfact "0.1";     地震波峰值放大系数

set dt 0.02;     地震波时间间隔

foreach GMdirection $iGMdirection GMfile $iGMfile GMfact $iGMfact { 

incr IDloadTag; 

set GMfatt [expr 1*$iGMfact]; 

set AccelSeries "Series -dt $dt -filePath $iGMfile -factor $GMfatt";

pattern UniformExcitation $IDloadTag $GMdirection -accel $AccelSeries; 

}    多维地震波的输入标准格式

 

其中pattern UniformExcitation $IDloadTag $GMdirection -accel $AccelSeries 为荷载工况的命令流

18、多维材料：

nDMaterial ElasticIsotropic 2 32500 0.2

#材料编号、弹模、泊松比

nDMaterial PlateFiber 601 2

#601表示该二维纤维的材料编号，2表示采用的材料编号，该命令采用了静态凝聚的方法将三维材料转换为二维材料

section PlateFiber 701 601 100

#701表示截面编号，601表示截面的材料编号，100表示板厚。

19、壳单元：

element ShellMITC4 $eleTag $iNode $jNode $kNode $lNode $secTag

#节点号按逆时针方向，截面类型必须为PlateFiberSection或者ElasticMembranePlateSection

二、结果输出定义部分：  

puts "recorder"

 

1、节点位移：

recorder Node <-file $fileName> <-xml $fileName> <-time> <-node ($node1 $node2 ...)> <-nodeRange $startNode $endNode> <-node all> -dof ($dof1....) $respType

其中：

<-file $fileName> <-xml $fileName>表示输出的文件格式。

<-time> 表示第一列输出荷载倍数或时程的时间值。

在基于位移控制的加载工况中，它表示的是达到每一步加载变形的荷载模式的倍数。

<-node ($node1 $node2 ...)> 表示输出的节点号，小括号不需要。

<-nodeRange $startNode $endNode> 表示输出一系列节点

<-node all> 全部节点

 -dof ($dof1....) 表示输出节点的自由度，全部自由度为 -dof 1 2 3 4 5 6

$respType 表示输出节点的内容 包括：disp、vel、accel、incrDisp(位移增量)、"eigen i"(振型值)、reaction(节点反力)

比如说

recorder Node -file node0.txt -time -nodeRange 1 18 -dof 1 2 3

表示输出1~18号节点的1、2、3三个平动自由度的位移值到文件node0.txt。

 

2、recorder Element <-file $fileName> <-time> <-ele ($ele1 $ele2 ...)> <-eleRange $startNode $endNode> <-ele all> $eleInfo

其中：

$eleInfo 表示单元输出结果的内容，包括globalForce，localForce

比如说

recorder Ele -file ele0.txt -time -eleRange 1 46 localForce

表示输出1~46号节点的局部坐标系下的单元内力到文件ele0.txt。

 

3、recorder Element <-file $fileName> <-time> -eleRange 1 6 section $SecPos deformation

$SecPos 为输出积分点号

 

4、

输出振型形状

recorder Node -file eigen1_node0.out -time -nodeRange 1 28 -dof 1 2 3 "eigen 1"

三、荷载定义部分：

1、集中力（点荷载）的荷载定义的命令流如下:

pattern Plain 1 Linear{

load $nodeTag $Fx $Fy $Fz $Mx $My $Mz 

}

 

2、均布荷载：

eleLoad -ele $eleTag1 <$eleTag2 ....> -type -beamUniform $Wy $Wz <$Wx>

-type -beamUniform表示均布线荷载。

$Wy（沿单元截面局部坐标Y/2轴） $Wz（沿单元截面局部坐标Z/3轴） <$Wx>（沿单元长度方向） 为三个轴方向的均布荷载值。

 

四、分析定义部分：

integrator LoadControl 0.01：荷载采用力控制模式，每级的荷载增量为0.01P

integrator DisplacementControl 5 3 -0.1：监测节点为5号，3自由度变形，每步位移为-0.1mm

 

system BandGeneral：矩阵带宽处理采用一般方法

 

test EnergyLncr 1e-10 200：收敛准则采用能量准则，容差为1e-10，最大迭代步为200

 

numberer Plain：节点自由度编号采用输入节点的顺序

 

constraints Plain：约束边界处理，采用小数或大数法等一般处理方法。

 

algorithm Linear：迭代算法采用线性法，适用于弹性分析。

 

analysis Static：表明为静力分析。

 

analyze 100：增量荷载的上限（100步）

 

Push-over：

两部分：

1、重力加载（力控制）

loadConst -time 0.0

# sets loads constant and resets time to be 0.0

2、水平位移加载（位移控制）

 

Modal Analysis:

set numModes 12 

set lambda [eigen $numModes] #表示计算n阶振型，将特征值计算结果保存为lambda数组。

set period “Periods.txt” #保存计算特征值

set Periods [open $period "w"] #代表打开文本文件进行记录

puts $Periods “$lambda” 代表记录特征值数据至文本中

close $Periods #表示记录完成，关闭文本文件

record

 

TimeHistory Analysis:

constraints Transformation; 

numberer Plain; 

system UmfPack; 

test NormDispIncr 1.0e-1 200; 

algorithm Newton 

integrator Newmark 0.5 0.25