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| 內容簡介： |
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《OpenSees实用教程》深入浅出地介绍非线性有限元计算软件OpenSees的基本建模与编程的方法，针对初学者设计了一系列循序渐进的算例，介绍编译和添加新材料方法，帮助使用者快速掌握OpenSees用法与编程。
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| 目錄：
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目录 第一部分 OpenSees的使用 1 1.1 下载与运行 1 1.2 简单算例设计方法 4 1.3 简单的Tcl语法介绍 9 1.3.1 Tcl与OpenSees 9 1.3.2 基本语法 10 1.3.3 变量 12 1.3.4 表达式 13 1.3.5 字符串操作 15 1.3.6 列表 16 1.3.7 控制结构 17 1.3.8 过程 20 1.3.9 文件操作 20 1.4 框架结构分析 21 1.4.1 二维弹性竖向悬臂梁的静、动力分析 21 1.4.2 二维非弹性混凝土门式框架的静力和动力分析 28 1.4.3 二维纤维截面混凝土门式刚架的静、动力分析 36 1.4.4 三维框架结构地震下的响应分析 44 1.5 土-结构相互作用体系 55 1.6 流固耦合体系 72 1.7 砂土液化数值分析 78 1.8 数值优化 84 1.8.1 基于SNOPT优化 84 1.8.2 实例分析 87 1.9 基于CS技术的OpenSees耦合计算方法 93 1.10 OpenSees的前后处理软件GID介绍 99 1.10.1 GID的基本用法 99 1.10.2 OpenSees的问题类型定义(GID) 103 1.10.3 OpenSees的前处理实现方法 108 1.10.4 OpenSees的后处理实现方法 1091.10.5 实例 112第二部分 OpenSees编程基础 120 2.1 下载与编译 120 2.1.1 下载OpenSees源代码 120 2.1.2 下载并安装TCL 122 2.1.3 下载并安装Visual Studio 2010 123 2.1.4 测试Visual Studio是否安装成功 123 2.1.5 编译OpenSees源代码 125 2.2 C++基本语法 130 2.2.1 OOP与C++ 131 2.2.2 C++基本语法概述 131 2.2.3 变量与常量 133 2.2.4 表达式与运算符 135 2.2.5 函数 137 2.2.6 控制程序流程 139 2.2.7 数组与指针 143 2.2.8 类与对象 145 2.2.9 继承 150 2.2.10 多态 153 2.3 OpenSees添加material 154 2.3.1 添加新材料背景 155 2.3.2 代码修改过程 156 2.3.3 建立Tcl模型，调试程序 169 2.4 OpenSees添加一维理想弹塑性材料 172 2.4.1 添加新材料背景资料介绍 172 2.4.2 配置开发环境 173 2.4.3 代码修改过程 173 2.4.4 建立Tcl模型，调试程序 184索引 188
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| 內容試閱：
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第一部分 OpenSees的使用 1.1 下载与运行 **步：进入OpenSees官网主页(图1.1.1)，单击左边菜单栏的DOWNLOAD进入下载页面。需要先注册，该软件是免费的。单击registration，如图1.1.2图示。接着跳转到图1.1.3图示的页面，点击“Iagree to these terms”。 图1.1.1 OpenSees主页 图1.1.2 用邮箱注册(1) 图1.1.3 用邮箱注册(2) 第二步：进入图1.1.4图示的页面，填写基本信息后点击“Submit”。然后登陆注册所用的邮箱进行激活。 图1.1.4 用邮箱注册(3) 第三步：返回OpenSees主页进入图1.1.2图示的页面，输入已注册的邮箱，点击“Submit”。填写相关信息，如图1.1.5图示，点击“Submit”。 第四步：根据所有计算机操作系统的位数，选择安装32位或64位，先下载安装对应的tcl/tk文件，再下载OpenSees文件，如图1.1.6图示。注意：新版本(8。5以后)的tcl/tk文件缺省安装路应为“C：nProgramFilesnTcl”，旧版本的安装路径为“C：nTcl”。建议用户不要修改这个路径，否则在本书第二部分中编译OpenSees源代码时可能出错。 解压下载的OpenSees文件，打开OpenSees.exe文件，运行界面如图1.1.7所示。 图1.1.5 用邮箱注册(4) 图1.1.6 OpenSees和tcl/tk的安装顺序 图1.1.7 OpenSees2.5.0运行界面 1.2 简单算例设计方法 下面以一个简单的算例说明使用OpenSees建模和分析计算的基本流程。Open-Sees采用Tcl语言建模。读者需要将下面的代码输入文本编辑器，比如Notepad或其他脚本语言编辑器，然后保存为后缀名为tcl的文件。注意需要将代码前面的行号去掉。运行时最好将。tcl文件和OpenSees.exe放在同一个文件夹里，容易找到文件，否则需要设置全局文件路径才能找到此文件。 为了说明方便，对图1.2.1中的由三根杆组成的简单结构进行静动力分析。此处附带Tcl代码并解释其意义，与建模分析相关的Tcl语法知识会在1.3节进行详细介绍。为方便解释说明，代码前加行号，在实际的模型tcl文件中必须删除行号。 图1.2.1 杆单元结构算例 OpenSees有限元分析包括建模和分析两部分。其中第一部分为建立有限元模型，即从1-16行： 以上代码为*最大部分——建模。 第1行，wipe表示删除OpenSees里所有模型的信息，包括节点、单元、材料、边界条件等。 注意 wipe命令不会删除tcl中定义的变量(比如seta100，wipe后a变量仍然存在)。利用这点可以做数值优化等分析，因为设计变量可以保留在内存中。 第2行“ndm”是“numberofdimension”的缩写，后面数字2表示该模型为二维模型，“ndf”为“numberofdegreeoffreedom”的缩写，后面数字2表示模型节点具有xy方向两个自由度。 第3到5行建立输出文件的保存路径，即结果保存在名为output的文件夹里。 第6到9行建立4个节点，每一行的node后面的数字依次为节点编号及该节点的x、y坐标。 第10到12行表示约束条件，约束1、2、3节点在x、y方向的位移，每行后面两个数字1表示x、y两个方向的位移都约束。 第13行表示材料类型为单轴弹性材料，后面数字1表示材料编号(供后面引用)，3000.0表示弹性模量为3000.0。OpenSees中单位由用户自己规定，单位在整个模型中必须统一。 第14到16行表示单元类型为桁架单元，每行第1个数字为单元编号，第2、3个数字表示单元的两个端部节点，第4个数字表示单元截面面积，*后的数字1表示使用标号为1的材料。如第14行，表示桁架单元1的两端点为节点1和4，截面面积为10。0，采用uniaxialMaterialElastic材料(对应标号1)。 OpenSees模型中还包括输出部分。和其他有限元不同，OpenSees并不保存和输出所有节点、单元、材料等信息，而只输出用户指定的信息。即从17-20行： 以上代码中关键字“recorder”后面的“Node”表示记录节点信息(此外还有Element和Graphics两大类记录方式)，然后以“le”格式保存。例如第17行，将4号节点的位移记录在output文件夹下名为“disp4.out”文件里，“time”表示每计算时步都记录，“-node4”表示记录4号节点，“-dof12”表示记录第1、2个自由度，即x、y方向，“disp”表示位移(displacement)。以此类推，18-20行分别记录了1、2、3号节点的x、y方向反力“reaction”。 OpenSees中的外力分为结点外力、基底激励(baseexcitation)和多点约束(mul-tiplesupport)三种，均是通过pattern命令来指定。下面是在节点4上施加外力的方法： 第21行表示加载模式，1为标号。Linear表示外力是线性增加的外力，每一步实际外力为系统时间乘以外力系数。外力系数在第22行定义，即在4号节点上加力：Fx=100，Fy=-50，系统时间在后面定义。负号表示与规定的正方向相反。 OpenSees有限元分析的第二大部分为计算分析，可以为静力分析或者动力分析。本例中静力分析的TCL代码命令流如下： 第24行表示边界约束方程的处理方式。除了Transformation之外，还有PlainConstraints方法、罚函数法等，详见官网 第25行表示结构自由度的编号方式。除了RCM外，还有AMD法、Plain法等，详见官网。 第26行表示方程的储存和求解方式。其他方式详见官网。 第27行表示用位移增量控制收敛，后面数字分别表示精度(最大误差1.0e-6)、最大迭代数(6步)、计算过程在DOS屏幕上显示内容所对应的标号(2表示只在每时步收敛后输出收敛信息)。 第28行表示用牛顿迭代法计算。此外还有修正的牛顿迭代法、割线牛顿迭代法等，在不收敛时可以替换使用其他算法。
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