در این کتاب می‌خوانید:
- کلیاتی در مورد برنامه OpenSees، محاسن، روش استفاده
- شناخت زبان برنامه‌نویسی Tcl
- شناخت دستورات مدل‌سازی در برنامه OpenSees شامل دستورات ایجاد، انواع مواد، مقاطع، المان‌ها، بارگذاری، پارامترهای آنالیز و غیره
- آشنایی با انواع خروجی‌های برنامه OpenSees و نحوه مدیریت آن‌ها
- مثالهای ساختمانی شامل مدل‌های دو و سه‌بعدی با انواع حالت‌های مختلف مدل و انواع آنالیز شامل استاتیکی خطی، پوش-آور، دینامیکی خطی، دینامیکی غیر خطی، استاتیکی دوره‌ای و غیره
- مثالهای غیر ساختمانی شامل نحوه مدل‌سازی آنالیزهای مختلف سیستم‌های کنترل سازه مانند میراگر اصطکاکی و ویسکوز، سازه‌های خاص مانند پل، سکوی دریایی، خرپا، نحوه مدل‌سازی دیوار پرکننده، اتصال تیر-ستون، حلقه، پوسته
- مثالهای ژئوتکنیکی شامل مدل دو و سه بعدی خاک، اندرکنش شمع با خاک، آزمایش سنترفیوژ، تحکیم، آنالیز تنش مؤثر و کل ستون خاک، آنالیز دینامیکی شیب، دیوار سپری طره‌ای، ستون خاک تحت تحریک زلزله، بلوک خاک تحت پوش-آور
- نکات خاص و کاربردی مدل‌سازی با برنامه، روندهای کاربردی برای انواع مدل‌سازی، چند نمونه از نتایج صحت‌سنجی برنامه
محاسن برنامه OpenSees:
- قوی‌ترین نرم‌افزار تحلیل‌های غیرخطی
- رایگان، منبع باز، در دسترس بودن و مناسب برای ارائه مقالات
- دارای محیط قوی و پویا برای رسیدگی به مشکلات مدل‌سازی و آنالیز
- دارای قدرت و سرعت بالای آنالیز در حوزه رفتار غیرخطی سازه‌های مختلف و مباحث ژئوتکنیکی
- حجم کم نرم‌افزار و خروجی‌های آن در مقایسه با سایر نرم‌افزارها
- قابلیت‌های بالای مدل‌سازی و آرشیو کاملی از مواد و المان‌ها و انواع پارامترهای مدل‌سازی مانند مقاطع، المان‌ها
- قابلیت ساخت انواع مدل خطی و غیرخطی، ژئوتکنیکی و غیره
- قابلیت روز آمدکردن برای اهداف خاص
- سادگی کدنویسی در مقایسه با سایر برنامه‌های کدنویسی
- سرعت پردازش بالا و اشغال حجم کمی از حافظه موقت کامپیوتر
- پشتیبانی از نرم‌افزار در سایت تحت نظر اساتید و برنامه‌نویسان و سایر کاربران و پاسخگویی به موارد مطرح شده از طرف کاربران
کتاب حاضر حاوی یک CD شامل نرم‌افزارها و فایل‌های مربوط به مثالهای مطرح شده در کتاب می‌باشد.
مقدمه
در دنیای پرهیاهوی امروزه، هر روز و هر روز شاهد مطالعه و پژوهش در زمینه های مختلف می‌باشیم. برای امر پژوهش علاوه بر پایه علمی و همت بالا، نیاز به یک سری ابزارها می باشد. یکی از این ابزارها که به خصوص در میان جامعه مهندسی بسیار کاربرد دارد، یک نرم افزار مناسب برای بررسی مدل های مختلف برای اثبات صحت فرضیات می باشد.
امروزه نرم افزارها و کدهای بسیاری برای امر پژوهش وجود دارد. یکی از این نرم افزارها که امروزه کاربرد بسیار یافته است و به وفور در تحقیقات علمی از آن استفاده می شود، نرم افزار OpenSees می باشد. این برنامه شامل مجموعه ای از مواد، مقاطع، المان ها و ابزارهای قدرتمند آنالیز برای شبیه‌سازی عددی سیستم های غیرخطی است. با استفاده از این برنامه می توان انواع مدل های خطی و غیرخطی، ژئوتکنیکی و غیره را ساخت. این برنامه قابلیت انجام انواع مختلف آنالیز از جمله استاتیکی پوش‌آور، استاتیکی دوره ای، دینامیکی تاریخچة-زمانی خطی و غیرخطی و غیره را داراست.
از قابلیت های متمایز برنامه می توان به مواردی مانند قابلیت تحریک چندنقطه ای سازه، مقاطع فیبر، قابلیت مدل سازی دقیق اندرکنش خاک-شمع-سازه، آرشیو کامل مواد، قابلیت انجام انواع آنالیز به صورت متوالی و ذخیره خروجی های هر آنالیز در فایل های مجزا، قابلیت نوشتن کد مجزا (مانند عبارت شرطی و غیره) در داخل کد مدل و غیره اشاره کرد.
مواردی از مزایای برنامه به شرح ذیل می باشد:
رایگان بودن و عدم مشکلات حقوقی احتمالی در چاپ مقالات
دقت بسیار بالای نتایج، زمان بسیار کم آنالیز و قابلیت تغییر زمان آنالیز و دقت نتایج
دسترسی آسان و قابلیت نصب و اجرای ساده
پژوهش-محور بودن برنامه در مقایسه با قابلیت های تجاری بالای آن، به طوری‌که بسیاری از تحقیقات با استفاده از این برنامه انجام شده و بسیاری از مقالات معتبر در این مورد به چاپ رسیده است.
حجم بسیار کم مدل و نتایج حاصل از آنالیز که باعث سهولت انتقال فایل ها (به فرض از طریق ایمیل)، راحتی مدیریت نتایج و مزایای دیگر می شود.
به روز بودن برنامه و توسعه آن برای مقاصد جدید
دسترسی آسان به منابع پاسخگویی سوالات پیرامون برنامه، چه در داخل و چه در خارج کشور
قوی ترین برنامه مدل سازی ماکرو
قابلیت روزآمدکردن برای اهداف خاص
سادگی کدنویسی در مقایسه با سایر برنامه های کدنویسی
سرعت پردازش بالا و اشغال حجم کمی از حافظه موقت کامپیوتر
پشتیبانی از نرم افزار در سایت تحت نظر اساتید و برنامه نویسان و سایر کاربران و پاسخگویی به موارد مطرح شده از طرف کاربران
قابلیت های بسیار بالای مدل سازی، به طوری که طیف وسیعی از رفتارهای سازه ای و غیره را می توان با استفاده از این برنامه مدل کرد.
بدون شک برای کارهای تحقیقاتی و پژوهشی مختلف در زمینه مهندسی عمران و حتی رشته های مهندسی دیگر می توان از قابلیت های بالای این برنامه استفاده کرد. این برنامه با استفاده از مجموعه کامل و در حال توسعه مواد و مقاطع و المان های موجود، قادر است انواع شبیه سازی-های ماکرو و میکرو را انجام دهد.
یکی از قابلیت های مناسب برنامه، که در برنامه های دیگر کمتر دیده می شود، قابلیت انواع آنالیزهای متنوع در بازه های زمانی مختلف است. با استفاده از قابلیت های نوشتاری برنامه می-توان هرگونه آنالیز را انجام داد. به فرض با استفاده از برنامه می توان یک نیروی خاص را به یک سازه اعمال نموده، سپس با حذف نیروی مورد نظر، ارتعاش آزاد سازه را مورد بررسی قرار داد. به عنوان مثالی دیگر می‌توان مواردی مانند اعمال نیروی پیش کشیدگی و غیره را به سادگی انجام داد. با استفاده از قابلیت حذف در برنامه، می توان ماده، المان، بار، و یا موارد دیگر را از مدل حذف نمود. به طور مثال در بحث کوبیدن شمع های سپری، که بعد از کوبیدن شمع یک طرف دیوار خاک برداری می شود، می توان با استفاده از قابلیت های برنامه، المان‌های خاک یک طرف دیوار را حذف نموده و روند آنالیز را در پیش گرفت.
به دلیل خاصیت متنی بودن ورودی سازه و قابلیت نوشتن انواع کد و عبارات شرطی و حلقه و غیره می توان موارد متنوعی را انجام داد. به طور مثال می توان یک متن ورودی نوشت که در زمان های مختلف پریود سازه را ارائه کند و به عبارت دیگر، تاریخچه پریود سازه را به دست آورد. این مورد می تواند برای مطالعات شاخص خرابی کاربرد داشته باشد.
یکی از قابلیت های بسیار خوب برنامه قابلیت لینک شدن آن با برنامه MATLAB است. با استفاده از این قابلیت می توان آنالیزهای پارامتری و تکراری مانند آنالیزهای تاریخچه پاسخ غیرخطی (برای رسم منحنی IDA) را به سادگی هرچه تمام تر انجام داد. با استفاده از این قابلیت، در برنامه MATLAB متنی را می توان نوشت که ورودی های مورد نیاز OpenSees را به آن بدهد، خروجی‌های آنالیز را از آن بگیرد و با استفاده از قابلیت های ریاضی، موارد مورد نظر را لحاظ کند. در یکی از مثال های کتاب به این مورد پرداخته شده است.
کتاب حاضر در ابتدا به بیان کلیات برنامه و مشخصات و محاسن آن می پردازد. در ادامه دستورات مربوط به مدل سازی بدنه مساله بیان می شود. موارد مربوط به بارگذاری مدل و ثبت خروجی های مورد نظر و معرفی پارامترهای آنالیز، موارد دیگری است که در ادامه معرفی می-شود. نهایتاً در سه فصل جداگانه به تشریح مثال های متعدد پرداخته می شود. با استفاده از این مثال ها، روند به کارگیری دستورات بهتر مشخص می شود. مثال های کتاب شامل مثال های مربوط به سازه های ساختمانی، سازه های غیرساختمانی و ژئوتکنیکی می شود.
در کتاب حاضر سعی شده است از فرمت های مشخصی استفاده شود تا مطالعه آن ساده تر شود. به عنوان مثال فرمت اصلی دستورات ورودی در داخل کادر با سایه قرار گرفته است.
برای راحتی بیش تر، مجموعه آموزشی حاضر، علاوه بر کتاب آموزشی، شامل یک عدد CD حاوی برنامه OpenSees و برنامه های مرتبط دیگر و همین طور مثال های عنوان شده در کتاب نیز می‌باشد. هر یک از مثال های کتاب شامل یک یا چندین متن ورودی است که در پوشه مخصوص به آن مثال در داخل CD ارائه شده است. استفاده کننده از کتاب به سادگی می تواند پس از مراجعه به کتاب و مطالعه توضیحات مربوط به هر یک از مثال ها به پوشه مربوط به آن مثال مراجعه نموده و به متن مثال دسترسی داشته باشد و آن را مطالعه نموده، اجرا کند و یا برای مدل-های دیگر به کار گیرد.
استاد ارجمند، آقای دکتر محمدرضا تابش پور (عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف) در تهیه کتاب و در ترجمه لغات، راهنمایی های ارزشمندی را ارائه کرده اند، از ایشان کمال تشکر را دارم.
در نهایت آرزو دارم، که خواننده محترم کتاب بهره کامل را از آن برده و به نحو مناسبی بتواند از آن استفاده کند. پیشاپیش از کاستی های احتمالی کتاب پوزش خواسته و پذیرای پیشنهادات و انتقادات خوانندگان محترم کتاب، هستم.
یونس کماچی
فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه و کلیات 1
1.1 مقدمه 2
2.1 OpenSees چیست؟ 3
3.1 محاسن برنامه 6
4.1 دانلود OpenSees 7
5.1 اجرای OpenSees 7
6.1 روش نوشتن 7
7.1 مفسر OpenSees 8
8.1 تعریف واحدها و ثابت ها 8
9.1 تولید دستورات Matlab 9
10.1 تعریف روند Tcl 9
11.1 خواندن فایل های خارجی 9
فصل 2 آشنایی با برنامه Tcl 11
1.2 مقدمه 12
2.2 قواعد نوشتن 13
3.2 علامت های مورد استفاده برای نوشتن 13
4.2 دستورات Tcl 14
5.2 اپراتورها 20
6.2 توابع ریاضی 21
7.2 برنامه Tcleditor 22
فصل 3 دستورات مدل‌سازی 25
1.3 مقدمه 26
2.3 روند مدل سازی 26
3.3 مفسر OpenSees 27
4.3 روش نوشتن 28
5.3 دستور ساخت مدل 30
6.3 دستور ساخت 30
7.3 دستور گره 30
8.3 دستور جرم 31
9.3 گزینه قیدها (constraints) 31
10.3 دستور مادة یک-بعدی 34
11.3 مواد چندبعدی 87
12.3 دستور انتقال هندسی 95
13.3 دستور مقطع 99
14.3 دستور المان 109
15.3 دستور block 145
16.3 دستور block3D 148
17.3 دستورات مختلف 149
18.3 دستور save 156
19.3 دستور Restore 156
20.3 دستور مدل اصطکاکی (FrictionModel Command) 156
فصل 4 بارگذاری و خروجی 159
1.4 مقدمه 160
2.4 سری های زمانی (Time Series) 160
3.4 دستور بارگذاری (pattern Command) 164
4.4 دستورات خروجی برنامه 169
فصل 5 دستورات آنالیز 179
1.5 مقدمه 180
2.5 گزینه های آنالیز 180
3.5 قیدها 181
4.5 شمارنده (Numberer) 183
5.5 سیستم (System) 184
5.6 تست (test) 189
5.7 الگوریتم (Algorithm) 195
5.8 تجمیع کننده (Integrator) 202
5.9 آنالیز 214
5.10 آنالیز 215
5.11 دستورeigen 215
5.12 دستور ریلی (rayleigh) 216
5.13 تعیین پریودهای ارتعاش سازه 216
5.14 یافتن شکل های مودی یک سازه 217
5.15 پارامترهای آنالیز برای روش های مختلف آنالیز سازه 217
فصل 6 مثالهای ساختمانی 223
6.1 مقدمه 224
6.2 قاب پرتال 226
6.3 ستون طره ای الاستیک دوبعدی 236
6.4 قاب پرتال الاستیک 236
5.6 ستون طره ای با متغیرها 237
6.6 آنالیز مقادیر ویژه یک قاب دوطبقه یک دهانه 238
7.6 آنالیز استاتیکی 241
8.6 ستون طره ای یک درجه آزادی 242
9.6 ستون طره ای غیرخطی: مقطع غیرالاستیک یک بعدی 250
10.6 قاب پرتال غیرخطی 251
11.6 قاب پرتال غیرخطی 252
12.6 ستون طره ای با واحدها 253
13.6 آنالیز پوش-آور قاب بتنی دوبعدی 253
14.6 قاب دو بعدی عمومی، سه طبقه، سه دهانه، مقطع بتن مسلح و مقطع فولادی W 254
15.6 قاب دو بعدی عمومی، N طبقه، N دهانه، مقطع بتن مسلح و مقطع فولادی W 255
16.6 قاب سه بعدی، سه طبقه، سه دهانه در جهت X، سه دهانه در جهت Z، مقطع بتن مسلح و مقطع فولادی W 256
17.6 قاب سه بعدی فولادی با مقطع W به صورت فیبری 257
18.6 قاب سه بعدی ساده 261
19.6 قاب سه بعدی عمومی N طبقه، N دهانه در جهت X، N دهانه در جهت Z، مقطع بتن مسلح و مقطع فولادی W 261
20.6 آنالیز پوش-آور یک قاب دوبعدی 262
21.6 آنالیز پوش-آور قاب خمشی دوطبقه با پلاستیسیتة متمرکز و گسترده 262
22.6 قاب دوطبقه با پلاستیسیته گسترده 272
23.6 قاب خمشی دو طبقه با پلاستیسیته متمرکز، چشمه اتصال (Panel Zones) و RBS 276
24.6 قاب بتنی دوبعدی تحت تحریک زلزله پایه 283
25.6 قاب بتنی سه بعدی تحت تحریک زلزله پایه 284
فصل 7 مثالهای غیرساختمانی 287
1.7 مقدمه 288
2.7 خرپای دوبعدی 288
3.7 آنالیز خرپا 291
4.7 ساخت و آنالیز مقطع 291
5.7 آنالیز چرخه ای یک عضو فشاری (مدل سازی رفتار پس‌کمانشی و پس‌جاری‌شدگی) 291
6.7 آنالیز پوش-آور یک قاب با اتصال K 293
7.7 آنالیز لنگر-انحنای یک مقطع یک بعدی بتنی دوبعدی فیبری 294
8.7 مدل تیر با استفاده از المان های block2D 295
9.7 آنالیز دینامیکی پوسته 296
10.7 مادة الاستوپلاستیک گپ 297
11.7 مادة نفوذ کرنش 298
12.7 مادة ISOLATOR2SPRING 298
13.7 مادة خستگی 298
14.7 مدل مادة pinching4 298
15.7 مادة با حالت حدی 302
16.7 تیر دو سر مفصل مدل شده با دو المان ابعادی صلب 303
17.7 مدل طره سه بعدی با استفاده از المان block3D 307
18.7 مدل سازی میراگر اصطکاکی 308
19.7 المان تماسی با طول صفر NTS2D 313
20.7 آنالیز پوش-آور اتصال با نفوذ کرنش 313
21.7 دیوار پرکننده و حذف دیوار 314
22.7 مدل المان اتصال تیر-ستون 320
23.7 حلقه 323
24.7 میراگر ویسکوز 323
25.7 مدل یک سکوی دریایی با در نظر گرفتن اندرکنش شمع-خاک-سازه و اندرکنش با سیال 323
26.7 مدل یک سکوی دریایی با در نظر گرفتن اندرکنش شمع-خاک-سازه و اندرکنش با سیال و مجهز به میراگر اصطکاکی 326
27.7 پل 326
28.7 رسم منحنی IDA برای یک سازه 328
فصل 8 مثالهای ژئوتکنیکی 329
1.8 مقدمه 330
2.8 مدل دوبعدی خاک رس 330
3.8 مدل سه بعدی خاک رس 330
4.8 اندرکنش شمع با خاک 331
5.8 فونداسیون شمعی با بارجانبی 331
6.8 مدل سازی آزمایش سنترفیوژ 336
7.8 تحکیم یک بعدی 344
8.8 آنالیز پاسخ تنش مؤثر سایت یک ستون از لایه های خاک 348
9.8 آنالیز پاسخ تنش کل سایت یک ستون از لایه های خاک 355
10.8 آنالیز تنش مؤثر دینامیکی یک شیب 358
11.8 انواع مسئله GiD برای تولید فایل ورودی آنالیز شیب دوبعدی 366
12.8 خاک برداری نگه داشته شده به وسیله دیوار سپری طره¬ای 367
13.8 ستون خاک دوبعدی تحت تحریک زلزله پایه 376
14.8 بلوک سه بعدی خاک تحت پوش-آور استاتیکی 379
فصل 9 روندها، نکات و صحت سنجی 381
1.9 مقدمه 382
2.9 روندها 382
3.9 نکات مفید 389
4.9 چند مثال از صحت سنجی برنامة OpenSees 392
واژه‌نامه 401
فهرست الفبایی 413
