文/Angus Zhang

公眾號(hào)/OpenSEES抗震筆記

Angus希望在這個(gè)專題教程中分享一下如何在OpenSEES 平臺(tái)利用C++編程編寫(xiě)出我們想要的單軸材料滯回準(zhǔn)則和宏觀單元行為的開(kāi)發(fā)。借此，希望各位同行可以一起為OpenSEES的日漸強(qiáng)大的能力注入新的動(dòng)力。當(dāng)然OpenSEES的開(kāi)發(fā)，也可以是更為復(fù)雜的多維材料，單元，算法，截面等等，看各自需求，方法是大同小異的，但無(wú)論是什么對(duì)象的開(kāi)發(fā)研究，都需要各位潛心學(xué)習(xí)，不要?dú)怵H。

1. 為什么要開(kāi)發(fā)新的單軸材料？

在開(kāi)發(fā)前之前，我們一定要明白我們的需求，千萬(wàn)不要盲從。在科研過(guò)程中切忌盲從，別人學(xué)了這個(gè)，我也要學(xué)，這是很不好的習(xí)慣，一定要弄清楚真切的需求。比如，我們研發(fā)了新型的節(jié)點(diǎn)連接，或者支撐構(gòu)造，或者阻尼器，或者剪力墻，在對(duì)其進(jìn)行精細(xì)有限元的基礎(chǔ)上，我們需了解其在結(jié)構(gòu)體系中的抗震行為，或者對(duì)具備這類節(jié)點(diǎn)，支撐，阻尼器或者剪力墻的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行反應(yīng)譜分析時(shí)，真實(shí)地描述上述節(jié)點(diǎn)，支撐，阻尼器或者剪力墻的宏觀有限元模擬就顯得非常必要。當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)，支撐，阻尼器或者剪力墻的非線性滯回規(guī)則的數(shù)學(xué)模型在我們現(xiàn)有的OpenSEES 材料庫(kù)找不到相應(yīng)的材料做簡(jiǎn)化，那么我們的分析工作將遇到一個(gè)難點(diǎn)。如果分析難點(diǎn)不可不免，我們就可以根據(jù)OpenSEES現(xiàn)有的相近材料，通過(guò)C++的繼承和多態(tài)的屬性，修改一些描述材料滯回規(guī)則的數(shù)學(xué)公式可以快速實(shí)現(xiàn)自己需求的新材料的規(guī)則，如圖1所示。圖1是Angus師兄hushuling博士研發(fā)的摩擦彈簧阻尼器以及開(kāi)發(fā)的新材料滯回z

2. 前期學(xué)習(xí)建議和準(zhǔn)備

當(dāng)明白自身需求之后，我們自然而然需要為新材料開(kāi)發(fā)做一些知識(shí)準(zhǔn)備，對(duì)于新材料開(kāi)發(fā)的新手而言，大多數(shù)的時(shí)候，都無(wú)從下手，因?yàn)橄鄳?yīng)的中文資料有限。找到資料后，閱讀時(shí)可能又會(huì)惶惶不安，感覺(jué)非常之難，因?yàn)橹v解的對(duì)象是枯燥無(wú)聊的代碼，代碼中很多函數(shù)又是第一次遇到。其實(shí)大家在學(xué)習(xí)過(guò)程中的感受都是一樣的。但是一定要克服這樣的心態(tài)，要明白一點(diǎn)，你看不懂的代碼，95%是不需要你自己寫(xiě)的，很多都是復(fù)制別人或者通過(guò)繼承的方式獲得，了解即可，知道它的作用便足夠，我們最核心的任務(wù)是：修改材料的數(shù)學(xué)模型并其相應(yīng)的輸入和輸出。

我整理了現(xiàn)有的參考資料大致如下，這些資料都可以在交流群中下載到：

A：古泉的黃皮書(shū)，或者古泉老師的上課課件（推薦）；

B：Scott 教授blog 的一些推文和視頻；

C：Angus 之后陸續(xù)推出的基礎(chǔ)教程（可參考）。

無(wú)論上述哪一個(gè)教程，我們都需要掌握一定的C++基礎(chǔ)知識(shí)，當(dāng)然如果學(xué)習(xí)能力很強(qiáng)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)是最好的，但是考慮到大多數(shù)的工科學(xué)生的電腦編程能力普遍偏弱。對(duì)于C++掌握的程度，Angus 的建議是：自己連猜帶蒙，能看懂60%現(xiàn)有的OpenSEES單軸材料CPP代碼。這個(gè)時(shí)候，在幾個(gè)關(guān)鍵部分，在通過(guò)別人的指引，就可以很順利的掌握OpenSEES 單軸材料的源代碼的開(kāi)發(fā)。幾個(gè)關(guān)鍵部分，比如如何將滯回規(guī)則的數(shù)學(xué)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成代碼；如何識(shí)源代碼中的代碼的重要性等等，這些可以自己多看多讀并感悟，也可以讓有經(jīng)驗(yàn)的人幫你梳理。

當(dāng)我們完成自己開(kāi)發(fā)的新材料所需的cpp和h文件后，我們還需要將該新材料重新編譯到OpenSEES, 生成新的openSEES.exe文件供我們使用和交流，這個(gè)過(guò)程包含兩個(gè)方面：

A：OpenSEES開(kāi)發(fā)平臺(tái)的搭建，可參考公眾號(hào)以往視頻教程；

【OpenSEES編程與原理】基于VS2022的OpenSEES3.3.0開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建

B：新材料的添加和調(diào)試，可參考：

【OpenSEES編程與原理】新材料的添加和測(cè)試的視頻教程

當(dāng)然在我們調(diào)試過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)很多小的問(wèn)題，有些是我們代碼寫(xiě)錯(cuò)了，這些都可以通過(guò)代碼的調(diào)試檢查出來(lái)，這個(gè)過(guò)程，直至我們想要的結(jié)果。

3. 其他建議

在后續(xù)學(xué)習(xí)OpenSEES開(kāi)發(fā)中，我們一定要經(jīng)常訪問(wèn)下面的網(wǎng)址：

https://github.com/OpenSees/

界面如上，在這里我們可以找到關(guān)于OpenSEES所有的信息，可以下載源代碼，也很方便在線瀏覽，手機(jī)也可以哈，hh支持你隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的野心。源代碼中，為了幫助后來(lái)人學(xué)習(xí)，有些前輩也會(huì)更新必要的注解，所以這也是我們接下來(lái)源代碼講解的主陣地。

下一講將給大家?guī)?lái)C++的基礎(chǔ)語(yǔ)法和認(rèn)識(shí)單軸材料的頭.h文件，歡迎關(guān)注。

【公眾號(hào)內(nèi)容回顧】

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