ویژگی های OpenSees

معرفی نرم افزار OpenSees و توانایی های آن

مدت زمان تخمینی برای مطالعه 6 دقیقه

 

بسم الله الرحمن الرحیم

در این بخش به عنوان مقدمه ای بر OpenSees، به دنبال معرفی دقیق و همه جانبه از ویژگی ها و توانایی های نرم افزار اجزای محدود غیرخطی اپنسیس هستیم. اگرچه تمرکز اولیه ما در این بخش بر روی نقاط مثبت نرم افزار است، با این حال در جهت شفافیت هرچه بیشتر، هیچ یک از ضعف های نرم افزار اپن سیس را نیز از قلم نیانداخته و نپوشانده ایم چرا که مجموعه «عمران علم افزار» به دنبال جذب یکسره مخاطبان خود به سمت استفاده از اپن سیس نیست. اگرچه اشتغال این مجموعه در برهه فعلی، آموزش اجزای محدود غیر خطی و کاربرد آن در نرم افزار OpenSees است، با این حال این مجموعه یکی از دغدغه ها و مشغله های خود را توسعه مداوم OpenSees و رفع ضعف های آن می داند و لذا پرداختن به ضعف ها را در کنار معرفی نقاط قوت مورد توجه قرار می دهد.

نقاط قوت اصلی اپنسیس:

  • از نقاط قوت OpenSees بهره مندی از لیسانس تحقیقاتی رایگان اعطا شده از طرف دانشگاه برکلی-کالیفرنیاست
  • نقطه قوت دیگر، کتابخانه غنی از مصالح تک محوره، المان های ماکرو و الگوریتم های تحلیل است

به عنوان یک نرم افزار اجزای محدود غیرخطی متن باز، OpenSees توانسته است مشارکت گسترده محققین و توسعه دهندگان اجزای محدود را به سمت خود جلب کند. نتیجه این مشارکت گسترده، بهره مندی از یک کتابخانه غنی از ابزارهای مدل سازی و تحلیل غیرخطی است. این ابزارها را می توان به چند گروه مصالح غیرخطی، فرمول بندی های المانی و روش های حل غیرخطی تقسیم بندی کرد که نرم افزاز در هر یک از آن ها امروزه یک کتابخانه بسیار غنی و بی رقیب را در اختیار دارد.

  • امکان سفارشی سازی

نرم افزار متن باز OpenSees امکان افزودن هر قابلیت دلخواه به آن را فراهم می کند و این برای محققین عرصه مطالعات عددی سازه ای قابلیتی جذاب است چرا که تلاش مورد نیاز جهت رساندن یک روش جدید به مرحله بهره برداری را به حداقل می رساند. در مقابل کدهای ساده و کوچکی که قبلا هر یک از محققین به منظور ارزیابی المان توسعه یافته خود می نوشتند، اپن سیس مجموعه ای وسیع و کامل از امکانات را فراهم می کند که به مدد آن محققین می توانند مطالعات وسیع تر و متنوع تری را بر روی روش های توسعه یافته خود انجام دهند.

  • سرعت تحلیل بالا

یکی از علل اصلی سرعت بالای تحلیل در OpenSees حجم حداقلی اطلاعاتی است که در زمان تحلیل بر روی دیسک سخت می نویسد. این عملیات نوشتن از جمله مراحل زمانبر فرایند تحلیل محسوب می شود که پردازش و ایجاد نتایج جدید را در انتظار خود نگه می دارد. اما چنانچه خواهیم گفت، بدلیل این ویژگی OpenSees، تک تک پارامترهای پاسخ مورد نیاز جهت ذخیره بر روی دیسک سخت باید قبل از تحلیل توسط کاربر تعیین شوند. لذا این موضوع ضمن افزایش سرعت تحلیل استفاده از نرم افزار را با دشواری نسبی مواجه می کند. علت اصلی دیگر سرعت بالای تحلیل حجم کم فایل باینری (openSees.exe) آن است که چابکی خاصی را به نرم افزار می بخشد. از دیدگاه برنامه نویسی و تولید نرم افزار، هر چه حجم فایل های فراخوانی شده در زمان اجرای یک برنامه بیشتر باشد، بازیابی اجزای این فایل در زمان اجرا دشوارتر خواهد بود (مانند یافتن یک وسیله از داخل یک انبار بزرگ) و سرعت اجرای آن کمتر خواهد شد. به دلیل سادگی ساختار OpenSees و خلاصه شدن آن در یک فایل exe چند مگابایتی، سرعت این برنامه در مقایسه با بسیاری از برنامه های تجاری که فایل های .exe حجیمی دارند و به علاوه فایل های dll متعددی را نیز در زمان اجرا فراخوانی می کنند، بیشتر است و بالاخره عامل آخر و نه چندان پراهمیت دیگر در افزایش سرعت OpenSees حذف پردازش های گرافیکی و نبود خروجی های تصویری در آن است.

  • امکان هر نوع ابتکار در مدل سازی و تحلیل

بدلیل نبود رابط گرافیکی و تنظیمات پیش فرض در مراحل مدل سازی و تحلیل، کاربر OpenSees بصورت مستقیم مسئول تصمیم گیری در خصوص تمامی گزینه ها در طی مراحل کار است. این موضوع سبب مواجهه مستقیم وی با تمامی مراحل کار و امکان اتخاذ تصمیمات کاملا دلخواه و ابتکاری می شود. در عین حال، چنانکه گفته خواهد شد، به سبب این مواجهه مستقیم، کاربران OpenSees نیاز به یک اشراف نسبی به تئوری و چرایی انتخاب ها در طول مراحل کار دارند تا بتوانند به نتایج دلخواه خود دست پیدا کنند و این خود نیاز به آموزش و فراگیری دانش اجزای محدود دارد و ممکن است مانعی بر سر راه استفاده راحت از OpenSees محسوب شود.

مهمترین نقاط ضعف نرم افزار اپن سیس را می توان بدین صورت برشمرد:

  • عدم بهره مندی از پشتیبانی قوی

در مقابل نقاط مثبت گفته شده در بالا، OpenSees محدودیت ها و ضعف های مهمی نیز دارد که عمدتا بدلیل نبود یک حامی مالی تجاری و کمبود منابع انسانی است که بصورت خاص وقت خود را صرف پایش، نگهداری و گسترش OpenSees می کنند. این ضعف منشأ اصلی سایر ضعف هایی است که در ادامه به آن اشاره می شود.

  • عدم بهره مندی از رابط گرافیکی

نداشتن ابزار گرافیکی جهت تسهیل فرایند ساخت مدل و مشاهده نتایج تحلیل یکی از خلاهای OpenSees است (برای آشنایی با فرایند ساخت و تحلیل مدل در اپن سیس به بخش شروع به کار با OpenSees مراجعه شود). وجود این ضعف OpenSees را به یک نرم افزار غیر کاربرپسند تبدیل کرده است که امروزه صرفا در پروژه های تحقیقاتی از آن استفاده می شود.

  • کمبود شدید منابع آموزشی

از دیگر ویژگی های منفی مهم پیش روی کاربران OpenSees کمبود، یا شاید بهتر باشد بگوییم نبود، منابع آموزشی برای آن است (در این راستا تلاش تیم عمران علم افزار بر این بوده است تا پژوهشگران را با مفاهیم و منابع بروز آموزشی تحلیل غیرخطی سازه ها و کاربرد آن در نرم افزار اپن سیس آشنا سازد). در نرم افزارهای تجاری اجزای محدود مانند ABAQUS وجود رابط گرافیکی، فرایندهای مدل سازی، تحلیل و استخراج نتایج را تا حد زیادی شفاف و هموار می کند. اما نبود این رابط گرافیکی در OpenSees سبب شده است تا استفاده از نرم افزار نیاز بیشتری به آموزش و آشنایی با اصول مدل سازی و تحلیل غیرخطی داشته باشد. با وجود این نیاز، منابع آموزشی مرتبط با تئوری و کاربرد OpenSees، در مقایسه با نرم افزارهای تجاری مانند ABAQUS بسیار ناچیز است. اگر از یکی از دوستان خود که برای اولین بار یک پروژه کارشناسی ارشد (با سطح متوسطی از پیچیدگی) را در رشته سازه و یا زلزله با نرم افزار اپن سیس انجام داده است سؤال کنید، خواهد گفت که این فرایند زمانی نزدیک به 1 سال را از او صرف کرده است. این در حالی است که تجربه نشام داده است که یک فرآیند مشابه در نرم افزاری مانند ABAQUS بطور متوسط بیش از حدود 4 ماه زمان نمی برد و این بدلیل وسعت کتاب ها و منابع آموزشی مرتبط با نرم افزارهای تجاری اینچنینی است. محدودیت منابع آموزشی مرتبط با متن کد OpenSees و اطلاعات لازم برای گسترش آن حتی از محدودیت منابع مربوط به کاربری آن نیز شدیدتر است.

  • قابلیت اطمینان متوسط

بخش زیادی از کدهای اضافه شده به OpenSees  توسط دانشجویان مقاطع ارشد و دکتری در گرایش های سازه و زلزله نوشته شده اند. نداشتن تخصص کافی در زمینه برنامه نویسی و کمبود منابع آموزشی اشاره شده به همراه عدم پایش این کدها توسط افراد متخصص سبب شده است تا کدهای موجود در OpenSees بیشتر از یک نرم افزار تجاری حاوی اشکالات برنامه نویسی باشند. توجه به این نکته ما را ملزم می کند تا همواره جانب احتیاط را در استفاده از کدهای OpenSees رعایت کنیم چرا که کد مورد استفاده ما توسط شخصی با اطلاعات در سطح خود ما نوشته شده است و نه یک متخصص برنامه نویسی. این امر از دیگر دلایل محدود شدن OpenSees به کاربردهای صرفا تحقیقاتی است. چنان که گفته شد، به دلیل اهمیت رفع این اشکالات، بخشی از تلاش گردانندگان مجموعه «عمران علم افزار» صرف ارتقای کد OpenSees و ارائه یک نسخه سفارشی از آن می شود که شما می توانید نتیجه آن را در بخش فایلهای مورد نیاز برای نصب OpenSees ببینید

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

شانزده − 1 =