معرفی نرم‌افزار اپنسیس – OpenSees

از OpenSees چه می‌دانید

نرم‌افزار OpenSees (اپنسیس) ازجمله نرم‌افزارهای تحلیل سازه به روش‌های عددی است. تحلیل‌ها در این نرم‌افزار هم‌چون ABAQUS، PLAXIS و ANSYS مبتنی بر روش اجزای محدود است. اپنسیس به‌عنوان قدرتمندترین نرم‌افزار تحلیل غیرخطی ماکروسازه‌ها شناخته شده است. هم‌چنین این نرم‌افزار، ابزاری بسیار کارآمد در تحلیل سازه‌ها تحت بار زلزله به شمار می‌رود. OpenSees مخفف عبارت Open System for Earthquake Engineering Simulation به معنای سیستم باز شبیه‌سازی مهندسی زلزله است. پژوهشگران دانشگاه برکلی آمریکا اولین نسخه‌ی نرم‌افزار انسیس را در سال ۱۹۹۰ ارائه داده‌اند. هم‌اکنون توسعه‌ی این نرم‌افزار به عهده‌ی مرکز تحقیقات مهندسی زلزله، PEER، است. اپنسیس در گرایش‌های سازه، ژئوتکنیک و زلزله‌ی مهندسی عمران، کاربردهای فراوانی دارد.

نرم‌افزار OpenSees

ویژگی‌های نرم‌افزار OpenSees

این نرم‌افزار مجموعه‌ی کاملی از انواع المان‌ها، مصالح مختلف و روش‌های متنوع تحلیل سازه را در خود جای داده‌است. اپنسیس نرم‌افزاری Open Source و رایگان است و برای استفاده از آن نیازی به خرید لایسنس نیست. علی‌رغم این موضوع، این نرم‌افزار ابزاری پذیرفته شده و قابل استناد برای ارائه‌ی مقالات در ژورنال‌های معتبر جهانی است. Open Source بودن اپنسیس به این معناست که هم نسخه‌ی قابل اجرا و هم کدهای برنامه به رایگان قابل دسترس هستند. پژوهشگرانی که از اپنسیس استفاده می‌کنند، می‌توانند تغییرات دلخواه خود را اعمال و قابلیت‌های جدیدی به نرم‌افزار اضافه کنند. هم‌چنین می‌توانند مصالح، المان‌ها و مدل‌های رفتاری موردنظر خود را به کتابخانه‌ی اپنسیس اضافه کنند. این امکان باعث شده تا اپنسیس نسبت به سایر نرم‌افزارهای مشابه خود، از محبوبیت بیشتری بین محققین برخوردار باشد.

فضای نرم‌افزار OpenSees

امکان انتقال مدل از نرم‌افزارهای ETABS و SAP به اپنسیس برای کاربر وجود دارد. هم‌چنین کاربر اپنسیس می‌تواند تحلیل‌های خود را با نرم‌افزار نام‌آشنای Matlab لینک کند. بدین‌صورت که با نوشتن کدی در Matlab، ورودی‌های اپنسیس را فراخوانی کرده و خروجی‌های موردنیاز را استخراج کند. نرم‌افزار اپنسیس محیطی متنی دارد و فاقد محیط گرافیکی است. این موضوع ممکن است باعث دشواری کار با نرم‌افزار و بالا رفتن ضریب اشتباهات شود. برای حل این مشکل، نرم‌افزارهای جانبی مانند OpenSees Post Processing و GiD به کار گرفته می‌شوند. OSP و GiD با رابط گرافیکی خود، مدل‌های ساخته شده و نتایج تحلیل آن‌ها را اصطلاحاً ویژوآل کرده و به کاربر نشان می‌دهد.

ویژوآل‌سازی نتایج تحلیل‌های OpenSees در نرم‌افزار GiD

این نرم‌افزار به زبان برنامه‌نویسی ++C نوشته شده و امکان تولید و توسعه‌ی انواع مقاطع سازه‌ای و غیرسازه‌ای را برای کاربران خود فراهم کرده‌است. اپنسیس هم‌چنین به‌منظور مدل‌سازی و تحلیل، زبان برنامه‌نویسی TCL/TK را هم پوشش می‌دهد. اجرای دستورات در TCL Editor به سه روش انجام می‌شود. در روش تعاملی دستورات مستقیماً در صفحه‌ی اجرای برنامه نوشته می‌شوند. روش اجرای فایل ورودی در برنامه از روش‌های بسیار متداول اجرای دستورات در اپنسیس است. در این روش کاربر مدل موردنظر خود را در یک فایل متنی نوشته و سپس آن را در برنامه فراخوانی و اجرا می‌کند. در روش دسته‌ای اما، مدل‌ها در فضای TCL Editor نوشته و سپس در برنامه فراخوانی و اجرا می‌شوند. در انسیس امکان تحلیل موازی فراهم است که به کاهش زمان تحلیل‌ها بسیار کمک می‌کند. این نرم‌افزار در مقایسه با نرم‌افزارهای مشابه خود، حجم کمتر و سرعت تحلیل و دقت بیشتری دارد. هم‌چنین خروجی‌های استخراج شده از اپنسیس، حجم کمی دارند و امکان انتقال آن‌ها به‌راحتی برای کاربر فراهم است.

با OpenSees چه می‌توان کرد

نرم‌افزار اپنسیس کاربردهای گسترده‌ای دارد که در ادامه دسته‌بندی جامعی از آن‌ها ارائه شده‌است.

انجام طیف گسترده‌ای از تحلیل‌ها

• تحلیل استاتیکی غیرخطی ـ Static Pushover Analysis
• تحلیل استاتیکی چرخه‌ای ـ Static Reversed-Cyclic Analysis
• تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی ـ Dynamic Time-Series Analysis
• تحلیل دینامیکی فزاینده ـ Incremental Dynamic Analysis
• تحلیل تحریک یکنواخت از پایه ـ Uniform-Support Excitation
• تحلیل تحریک چندگانه از پایه ـ Multi-Support Excitation

نمونه‌های هندسی در OpenSees

قسمت‌های اصلی نرم‌افزار OpenSees

اپنسیس از سه بخش اصلی Model Builder، Analysis و Recorder تشکیل شده‌است. در بخش Model Builder، فیزیک مدل موردنظر ساخته می‌شود. با استفاده از ابزارهای موجود در این قسمت؛ نقاط، اجرام، مصالح، مقاطع، اعضا و … قابل تعریف هستند. مدل ساخته شده در بخش قبلی در این قسمت تحلیل می‌شود. همان‌طورکه پیش از این گفته شد، طیف گسترده‌ای از تحلیل‌ها در اپنسیس در دسترس هستند. در این بخش کاربر قادر به انتخاب تحلیل‌های استاتیکی و دینامیکی برای مدل‌های خطی و غیرخطی خود خواهدبود. در آخرین گام، نتایج تحلیل‌ها در بخش Recorder در قالب فایل‌های متنی و نمودارها ثبت و ذخیره می‌شوند.