[每周挑战]造物_造一个使命必达盒子(MeeseekBox)


Rick and Morty瑞克与莫蒂是我喜欢的美剧动画片，现在的第四季播完了。上次制作了Rick的黄油机器人，这次我们来造一个Rick and Morty的粉丝一定会制作的最受欢迎的外星人Meeseeks Box 使命必达先生与他的盒子。
以下是使命必达先生盒子的造型与设计图纸（左下角）。 


【Rick and Morty中使命必达先生的图纸】
 第1步，3D模型设计在3DSMAX设计出使命必达盒子【Meeseek Box】的外形，如下图所示。
 它的结构分为以下几个部分：
（1）上盖，主要用于放大按钮与纸板人，
（2）盒子内部：全部电路、电池、喇叭与舵机都在里面。
（3）盒子外部：全部是装饰性的设计 

以下就是3DSMAX出来的效果与实际的对比 


第2步,准备电子材料 与以往的风格一样，这个装置现在会用到arduino mini，
（尺寸比较小）外加一个MP3播放控制小板子（USB接口，提前存入MP3文件即可）与舵机，"
会基本电路就可以安装了。
材料如下：

(1)1个9V的电池给ARDUINO供电
(2)1个ARDUINO MINI 板，
(3)1片孔洞板，用于制作ARDUINO外接电路
(4)电焊铁，电线（杜邦线）
(5)小型开关2个,一个用来打开ARDUINO板，一个控制电池供电
(6)1个舵机，控制盒子的开合动作
(7)1个控制MP3播放的芯片
(8)1个喇叭的元件
(9)1个10K的电阻与1个1K的电阻
(10)1个小按钮，放在盒子的顶部
(11)电线若干。其它就是用3D打印机打印。材料就是相对多一点，经过训练的朋友都能做这个小型装置。

第3步,分开模块与打印
在3DSMAX将不同颜色不同部分的组件分别排版，如下图所示。


 采用了不同颜色的线材，这次采用黑色线材打印，最后采用喷漆形成效果，喷漆颜色包括深绿色，青绿色与蓝色。 


3D打印机采用 XYZprinting Mini Maker，如下图所示。 第4步,电子电路的设计与制作 以下是电路图的设计，分为三部分，基本采用ARDUINO实例教程的基本组合


（1） 普通按钮开关实现开关状态
（2） 舵机电路（ARDUINO直控）
（3） MP3播放电路（用到MP3播放的小板子）

如下图所示，通过焊接电线与孔洞板，实现了整个电路的连接，完成图如下。 

第5步,模块的组装对全部构件进行粘合，采用强力胶对部份构件进行连接，如下图所示。
 
其中，内部有一个橡皮筋保证盒子的关闭状态。

 第6步,写入ARDUINO的编程代码对ARDUINO板写入代码，这个代码就是就是ARDUINO板实现读按钮状态，实现舵机转动与播放MP3的语音功能。其中MP3文件可存在MP3的小板子中，附件有原音频文件。纸片人采用打印机打印即可。代码，如下所示。

下载方法如下：
【点击下载你需要的arduino代码文件】点击下载此文件arduino.rar



第7步,最后的测试 以上是使命必达先生与它的盒子的最后完成图，打开小开关可以启动盒子，
以下是动画的全部过程，上传到B站。

[每周挑战]造物_造一个黄油机器人(Butter Robot)

[每周挑战]造物_造一个黄油机器人(Butter Robot)
Rick and Morty瑞克与莫蒂还是我最喜欢的美剧动画片，现在的第四季下半部份又更新了。
上次制作了Rick的传送枪，这次我们来做个大一点的活，就是黄油机器人了。
我觉得一个Rick and Morty的粉丝兼一名Maker 一定会制作这一个剧中最受欢迎的机器人。
以下是黄油机器人Butter Robot的造型与设计图纸。 

【Rick and Morty中机器人的图纸】

 第1步，3D模型设计

在3DSMAX设计出黄油机器人【Butter Robot】的外形，如下图所示。 它的结构分为以下几个部分：

（1）头部，主要用于隐藏大部分的电子电路，
（2）小车部分，有两个电机，4个1.5V与一个9v的电池都在里面
（3）舵机支架，中间有舵机，连接头部与小车。 

以下就是3DSMAX出来的效果与实际的对比 

第2步,准备电子材料 与以往的风格一样，这个装置现在会用到arduino mini，
（尺寸比较小）外加一个电机控制小板子DRV8833，会基本电路就可以安装了。
材料如下：

(1)1个9V的电池给ARDUINO供电
(2)1个ARDUINO MINI 板，
(3)几片孔洞板，用于制作LED灯与外接接收的外接电路
(4)电焊铁，电线（杜邦线）
(5)小型开关2个,一个用来打开ARDUINO板，一个控制电池供电
(6)1个红外接收器与1个红外控制器
(7)1个LED灯，用来显示红外的接收情况
(8)1个舵机，控制头部的活动
(9)2个小黄电机，控制机器人的活动
(10)电线若干。其它就是用3D打印机打印。材料就是相对多一点，
经过训练的朋友都能做这个小型装置。

第3步,分开模块与打印 在3DSMAX将不同颜色不同部分的组件分别排版，
如下图所示。

采用了不同颜色的线材，包括银色，灰色（由于银色比较难找，所以采用喷漆）

3D打印机采用 XYZprinting Mini Maker，如下图所示。

第4步,电子电路的设计与制作 以下是电路图的设计，分为三部分，

基本采用ARDUINO实例教程的基本组合
（1） 红外接收电路（增加一个LED显示状态）
（2） 舵机电路（ARDUINO直控）
（3） 小黄电机电路（用到DRV8833板子）
如下图所示，通过焊接电线与孔洞板，实现了整个电路的连接，完成图如下。
 
第5步,模块的组装
对构件进行粘合，采用强力胶对部份构件进行连接，如下图所示。
 其它部位不需要采用胶水连接，直接采用M3X10的螺线连接就可以了。
其中，头部的两根电线是装饰没有功能。

第6步,写入ARDUINO的编程代码
对ARDUINO板写入代码，这个代码就是就是ARDUINO板实现读取红外信号，
实现电机转动与舵机动作的代码。
下载方法如下：【点击下载你需要的arduino代码文件】
点击下载此文件arduino.txt

第7步,最后的测试 以上是Butter Robot的最后完成图，

打开小开关可以启动机器人了，通过控制器可以控制它，以下是动画的全部过程。 

【Dino结构笔记】伸臂桁架的几何优化方法
结构工程分析计算中的一题多解法

最近学习【非解构】的公众号文章【超高层伸臂桁架的那些事儿】，有所心得体会，
伸臂桁架作为重要的加强层方案在结构的刚度难以满足的时会被使用。这么好的东西，
我肯定用过了，如下图所示（左侧是伸臂桁架的上部，右侧是腰桁架）。 


主要的使用场景有如下：
（1） 普通的框筒结构的刚度满足不了，相差还比较大，靠加大截面会造成不经济的情况下采用伸臂桁架，对于腰桁架效果更好
（2） 巨柱的方案，由于要把内筒的弯矩传给外筒，需要采用伸臂桁架
（3） 吊柱体系，由于要制作大空间，或外框柱间断了，局部采用伸臂桁架连接吊柱。更合理的名称也许是悬臂桁架（英文Hanger Truss）。"
（4） 无梁楼盖的框筒高层体系，因为没有内框梁与外框梁，所以需要伸臂桁架把弯矩带到外柱上，这种情况多发生于国外的高层。     


这篇笔记讨论伸臂桁架的几何优化，也就是伸臂桁架的局部布置的优化，通过以下的过程，
你会发现采用连续体的拓扑优化与基于虚功原理的桁架简化优化得出来的结果是一样了。
以下是这个方法的详细描述。

我们从伸臂桁架X支撑开始吧。

 方法一，连续体的拓扑优化 

算例：设一个连续体9mx9m（正方形比例），上端自由作用作用两个集中力P，底部两点固定支座，对该连续体进行拓扑优化，本文采用ESO方法，笔者基于OPENSEES的二次开发小程序，下载方式如下。连续体的拓扑优化的原理是简单的，经过应力分析后，把应力值最小的一部分（通过拒绝率RR进行控制）删除掉，然后进行下一步分析，到不要再删除后提高拒绝率，如此循环下去，就可以得到一个优化后的拓扑形状，该形状的特点就是在一定外力作用下，构件的每个区块的应力是饱满的，也就是把材料用尽达到优化的要求。



以下是优化的整个过程的小动画。

关于基于OPENSEES的拓扑优化的原理与程序，可以转到这个帖子去看。
[OPENSEES]实例35_基于OPENSEES拓扑优化程序开发
http://dinochen.com/article.asp?id=315  

方法二，基于虚功原理的优化 

（1） 由于伸臂桁架的轴力较大，以下实例简化了桁架构件（其实桁架的上弦下弦是压弯构件，所以应该采用梁柱单元来做的），建立ETABSS模型如下图所示。中间节点的四个杆件要划分单元，生成S2K文件后备用。计算草图如图所示。

（2） 采用ETO程序把模型导入S2K文件，如下图所示，生成OPENSEES的分析代码。

（3） 打开之前开发的OPENSEES的桁架找形程序，对中间点的位置进行找形分析，找形分析程序通过迭代后（也就是不断改变中间点的X坐标，重新提交计算）得到最优解如图表所示。

 基于OPENSEES的桁架找形程序  ETABS与ETO程序的伸臂桁架的局部建模

 基于能量的原理算出最优的位置图表所得解X=2250mm,也就是X=0.25B。
最终，两个方法是【殊途同归】的得到相同的结论，正方形比例的伸臂桁架的最优解是X=0.25B。
我再采用图解法，得到这个桁架的内力图解的图如下所示，非常用趣。 

那么换一个问题，换成V形支撑形式的伸臂桁架，虚功的最优解在哪里呢？
以下图为算例的求解过程。V形支撑的最优点在中间 
这就是局部伸臂桁架的几何优化的计算方法的简单介绍，
以上就是这篇笔记的全部内容。

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【Dino结构笔记】结构图解法的学习与编程
 基于桁架结构图解法的找形优化方法的开始探索

这期继续学习【结构小站】那一篇关于【题目是：建筑的“形”与“力”—形由力生，以力塑形，以形驭力】的文章里面相关的内容。这文章里面介绍了图解静力法，又可以称为桁架结构图解法等。这个方法的详细原理可以参考如下图的这本书Graphical Analysis（出版于1921年）。还有一点，这里面的图解法的插图太漂亮了，想起以前的桁架钢构桥都是用这个方法来设计的，如下图所示。

 悉尼海港大桥（Sydney Harbour Bridge） 

经典力学教科书 图解分析法

说起来也是有趣，以前的结构力学书是有这部分内容的，由于现在电算程序为主要计算手段，教材也没有介绍这部分桁架图解法，可能是因为有了电算这部分的价值不高，但是最近几年的超高层的设计发展，桁架图解法可用于大跨或高层的结构优化设计当中，这不得不重新去学习一下图解法了。


基于图解法的结构优化的工程应用   

【原理】图解静力法的基本原理
1. 作为结构，所有外力与支座反力可以构成一个环的向量和，也就是所有力向量之和是为零的。
2. 每个结点的力需要平衡，也就是一个节点多个作用力（外力支座反力与相近构件的轴力）对这个节点求和也是为零的。
3. 桁架由许多三角形组成，每个三角形三个构件的内力和不一定平衡，不平衡的力为作用于相邻近的三角形的桁架上，但是全部桁架三角形的内力传递完成后最终的合力也是为零。

综合上述的原理，就通过简单的几何原理就发展出结构图解法。


【操作】图解静力法的基本操作。对于操作而言，再多的文字与描述也是很难记录细节的，所以我通过ipad录制了以下实例的图解法操作的整个过程，有兴趣的朋友可以查看B站的视频，连接如下。 
1. 求解结构的支座反力
2. 把外力与支座反力绘制出力线部分（一般在最右端），标出由外力划分出来的线段名（大写字母）
3. 把桁架划分成许多三角形并标出号码，在桁架是面域，在图解法的图中是一个节点。
4. 根据三角形内的桁架角度关系与已标出的力线段的关系，通过直接相关找出节点位置
5. 相邻三角形可以通过相邻边的角度查找节点位置。

通过以上步骤就可以绘制出图解法的“图”，然后就可以通过测量力线的长度得到最后的构件轴力了。通过以下的草图向大家讲述求解的过程，详细可以去看看动画展示。


【Bilibili】结构图解法的详细绘图方法的视频
https://www.bilibili.com/video/BV1Lf4y1U7FS


 
【编程】图解静力法的程序可视化编程这一次学习图解法是为了更好地学习结构优化的老方法与新方法，所以需要大量的绘制图解法的图，那么：
手画是不可能的，这辈子都不可能手画的，手画又容易错，肯定要编程啦，编程的感觉好多了，画图的速度又快，准确率又高，超喜欢编程的。（老梗如果懂的请在下面回复） 


 (1) 编程的实现：编程的基本原理就是参考三角函数以及图解法的基本过程， 程序的界面如下图所示。

 (2) 验算算例。之前学习了SOM的马克写的《高层建筑设计-以结构为建筑》这本书，这本书提到了很多优化的方法，建议大家学习，同在SOM的Baker写了这一篇文章《Structural optimization using graphic statics》就是介绍SOM如何把图解法应用到结构找形与优化上面来。那么我就展示一个这个软件绘制图解法的算例吧。

算例1：  

算例2：  

 
算例3：  

 算例4：  

 
(3) 后续开发。

现在已经教会电脑程序自已通过计算绘制这个图解法的图了，接下来就要学习如何通过它进行结构优化，我开发了一个节点偏移的功能，随时改变节点就可以得到图解法的图的变化，这个就是个入门级别的优化手段了。这个就是这一篇DINO结构笔记的全部内容。

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【Dino结构笔记】桁架结构找形的优化方法
 基于OPENSEES的桁架找形程序的编写

【计算文件内容】相关的ETABS/SAP2000/OPENSEES模型的下载

最近结构圈多了好多优秀的公众号，推荐一下这几个，如【istructure】，【结构小站】这些优秀的公众号展示了工程师对结构工程的热爱与执着，配合最近的bilibili的宣传片【后浪】，让我这个老浪要觉得更加要好好学习，最近看到结构小站的一篇关于形与力的总结，题目是：建筑的“形”与“力”—形由力生，以力塑形，以形驭力，大家可以上网搜一下。 

                                   什么时侯有空也可以试下逆吊实验法

这篇文章真的写得不错，也启发了我，特别是介绍到前面大师们的找形作品，包括“逆吊实验法”去找形等，这个应用于西班牙圣家族大教堂的方法，我到西班牙第一次看到真实的模型，真的是震惊了。这个公众号的文章让我非常想做一下找形分析的尝试，那么我们开始吧。这次的前言写的有点多，一般我说做就做的。内容过于简单，请家长陪同观看。 

                                       去西班牙一定要拍一下这张照片

简单的原理：我通过一个两端铰接的梁来介绍找形的原理。首先以一个两端铰支的梁为例，大家都知道要提高刚度需要起拱，其实起拱的方法也可以通过找形来做，通过施加重力荷载，使梁发生变形，如图所示。记录每个节点的变形位移，最后把变形量乘于以一个负倍数得到反拱量，然后用于原结构的几何设计调整。原理是很简单的，这个一个很好的工程方法，确定这个倍数是一个知识点。如果梁的找形就会变成拱，板的找形就会变成拱壳，桁架的找形就变成拱壳（曲面）桁架等等。  

静力法找形状。本文以一个桁架的算例，如图所示。采用ETABS或SAP2000进行弹性建模可以得到以下的模型。施加重力后可以得到变形图如下图所示。采用SAP2000可以把变形值导出来，这个不是反拱值，这个是每个节点位置反拱的比例，至于总反拱要用优化算法算出来。桁架没有反拱的变形大约是16mm。 

打开ETO，ETABS TO OPENSEES，把ETABS建出来的模型导出E2K，导入到ETO程序中去，通过这个程序了解到21号节点是跨中节点，我们用这个节点作为控制节点。点击生成OPENSEES的分析代码，保存为co.tcl。

 在建模的过程中保存结构的节点坐标，节点在重力荷载下的变形，这个数据作用往后每步生成OPENSEES模型的准备。作用文本格式导入自编程序用于计算。 

调试OPENSEES使程序可以运行一个算例即可，证明OPENSEES可以进行一个荷载步的静力分析。那么打开编写的小程序，小程序太简单了，主要就是写一个小程序不断改变节点计算新的OPENSEES模型。每步生成带有新节点信息的OPENSEES模型提交运算，最后输入所有桁架构件的内力，用于计算指标。还有21号节点的位移值。 以下是程序不断调用OPENSEES程序的效果。

为了得到较为优化的结果，对于桁架结构，反拱后的结构形状必须使结构满足以下公式（我就简称力流公式吧，也可以理解成能量），代表最后满应力优化后，这个值小代表结构总的用钢量少，那么这个形状就是相对合理的形状了。如果TCL语言好的同学，这个公式的计算可以采用OPENSEES的TCL命令流计算得到。



目前这个算例的反拱值是从1m到5m，通过公式找到最小值，局部细化就可以找到最小值是2.8m的反拱量，最后我们把这个反拱量导入SAP2000就可以显示出这个相对优化的形状了。是不是很简单呢。大家可以试一试。

由于OPENSEES是一个没有界面的小程序，所以计算速度还是很快的。这个反拱后的桁架是不是好熟悉，对比一下，有点像。最后的优化结果桁架的变形从16mm优化到4.277，用钢量比例从4.17优化到3.82。 

最后有没有觉得桁架的找形后的形状有点眼熟，放在以前的古建筑中就非常之和谐了。




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【Dino结构笔记】

真的好久没有在这个网站上写下Dino结构笔记了，今天总结一下以前关于弹性时程分析思考。
今天主要讲我对弹性时程分析中出现的楼层剪力R形突变的看法与研究。

【PPT下载地址】：弹性时程分析顶部剪力变大的原因研究.pdf 

【计算文件内容】： attachment.rar 包括ETABS模型，地震波与反应谱，最后表格数据 

（1）一般我们进行弹性时程分析，需要进行选波，选波后进行时程分析后一定会对比楼层剪力与反应谱的区别
往往在这个过程中，我们会发现顶部的楼层剪力比反应谱得出来的剪力还要大，似乎采用CQC或SRSS这种包络法
也不能包得住，那么一般文献会说这是由于高阶振型引起的顶部放大，其实，一直我有所怀疑，原因如下。

（2）为了更好的证明我的假定，我采用数值分析的方法比较直观，如下所示，我找了一个普通的超高层结构，
对于200米的超高层，一般会开始出现这种剪力的R形突变。

（3）以下是结构的空间三阶振型，要注意，这个是前几阶空间振型，不是X方向的前几阶振型，X方向的前几阶
振型分别是T1,T4,T7，如下图所示。

（4）以下是X方向前几阶周期值在反应谱的位置，表上是每个振型对X方向变形的参与系数，可见，第一阶振型为
70%，到第14振型，参与系数为1.122%,这个数值已经表明，高阶振型对宏观的位移及剪力的影响越来越小。
理论上不存在高阶振型影响楼层剪力产生R形突变。



（5）图为X方向每个主要振型的周期所在的位置，那么接下来为了证明R形突变是前几阶振型引起的，我们采用
扰动的方式造人工波进行时程分析。


（6）我们通过对反应谱进行扰动，如图所示，然后采用造人工波软件进行人工波的制作。GM0是不加扰动的，
GM1为对第一周期位置进行扰动，如此类推。



（7）图为扰动后的造波的反应谱与目标谱的对比。
（8）经过弹性时程分析，得到X方向的楼层剪力图如下图所示，可以发现只有第一阶扰动与第二阶扰动才对楼层
剪力有宏观的影响。

（a）从第三阶开始，扰动基本不影响剪力分布，基本可以排除高阶振型对剪力R形突变的影响
（b）第一二阶的扰动，对总剪力影响较大，第一阶扰动并不会引起R形突变
（c）第二振型是关键 ，第二振型开始出现R形突变
（d）为了进一步研究，我们增加对第二阶的扰动



（9）为了进一步证明第二周期对楼层剪力的R形突变的影响，我们增加对第二周期的扰动，操作如下：

（a）降低第一阶附近的地震影响系数
（b）增加对第二阶周期附件的扰动

在天然波的选择中，这的确是一个普遍现象，在周期大于4S的情况下，大部分地震波的影响系数小于规范值
为满足总剪力的需要，很多满足条件的地震波会在1~3s的区间有较大的影响系数值 。

目前的结论：
（1）高阶振型并不会影响剪力的分布，特别不会引起R形突变
（2）通过修改反应谱造人工波，证明剪力的R形突变是第二振型与反应谱的形状引起的。
（3）天然波产生的基底剪力不足，经常会第一不够第二来凑，因此产生R形突变
（4）本文只用了一个算例，提供数值如附件所示，大家可以测试与测算
（5）本文基于数值分析得到小结，如果有大神可以采用解析公式法进行证明就更好了

本人才疏学浅，以上只是学习小结，以供参考，如有不对，请指正。

如果你们对这种文章感兴趣，请留言并关注我的微信公众号 DINOSTRU

重要通知
[2018-12-21]重新整理OPENSEES的汇总帖，增加视频教程、相关资料等栏目如下。
[2014-09-01]结构弹塑性分析程序OPENSEES原理与实例出版
[2011-12-30]开始写关于OPENSEES的实例教程的书

（1）程序的基础是，openSEES 程序下载， 下载地址为：
=======================================
点击下载此文件:OpenSEES v2.2.2
点击下载此文件:ActiveTcl8.5.11
点击下载此文件:OpenSEES v2.5.0
点击下载此文件:ActiveTcl8.5.18

程序的安装及入门使用，可以参考以下：
http://dinochen.com/article.asp?id=92


=======================================
（2）OpenSEES的前后处理程序(ETO)下载地址：
ETO软件下载方法：
微信搜索微信公众号: DINOSTRU  
回复 ETO 得到软件下载地址
扫以下二维码：微信公众号: DINOSTRU

【2014-03-25】DINOETO程序下载文件
【2016-08-01】DINOETO程序下载文件
【2019-07-01】DINOETO程序下载文件
【2019-07-17】DINOETO程序下载文件
【2019-08-06】DINOETO程序下载文件

微信公众号：搜索 DINOSTRU 然后回复 ETO 
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(3) OPENSEES的实例教程书上配有的光盘



附带光盘：下载地址：http://pan.baidu.com/s/1sjxGCZN

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(4) 技术讨论的相关OPENSEES的QQ群：

(5) 微信公众号：搜索 DINOSTRU
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 软件下载地址：http://dinochen.com/article.asp?id=234
 版本更新说明：http://www.dinochen.com/article.asp?id=209

程序界面如下所示。简单而言，程序是基于openSEES的分析核心，采用ETABS进行
结构建模，导入到ETO进行其它信息的补充后直接生成  openSEES 的代码文件，可
以按您的意思进行修改成为你的tcl命令。学习ETO之前，可能需要看看ETABS的书。
联系邮箱：dinochen1983@qq.com
详细的操作过程，请看各章实例：

(6) OPENSEES实例教程的每个章节内容

 

[实例00]_前后处理程序ETO的入门教程 [实例01]_桁架桥结构静力分析 [实例02]_多层框架结构静力分析 [实例03]_简支梁弹塑性分析 [实例04]_框架结构推覆分析 [实例05]_框架结构模态分析 [实例06]_框架结构弹性时程分析 [实例07]_框架结构弹塑性时程分析 [实例08]_钢结构低周往复分析 [实例09]_钢结构网壳的屈曲分析 [实例10]_单压连接单元的应用 [实例11]_缝单元的应用分析 [实例12]_杆件铰接的处理方法 [实例13]_弹性壳单元的应用分析 [实例14]_网架弹塑性分析 [实例15]_预应力梁弹塑性分析 [实例16]_桥梁多点激励动力分析 [实例17]_剪力墙构件低周往复分析 [实例18]_框架剪力墙结构推覆分析

[实例19]_带粘滞阻尼器的框架动力分析 [实例20]_带隔震的框架动力分析 [实例21]  时程曲线转化为反应谱方法 [实例22]  截面PM曲线分析方法 [实例23]  实体单元的建模及应用 [实例24]  三维钢结构节点应力分析 [实例25]  桥梁结构的影响线分析方法 [实例26]  组合梁的弹塑性分析 [实例27]  型钢混凝土柱的静力弹塑性分析 [实例28]  带防屈曲支撑的钢结构低周往复分析 [实例29]  框架结构拟倒塌试验分析 [实例30]  铰纤维单元的弹塑性分析 [实例31]  单元生死在分析当中的应用 [实例32]  基于分层壳的剪力墙弹塑性分析 [实例33]  侧向多自由度简化模型的建模 [实例34]  基于OPENSEES的桥梁游戏开发 [实例35]  基于OPENSEES拓扑优化程序开发

(6) 基于OPENSEES的小软件、小游戏开发

[程序1]基于OPENSEES的游戏BLOCK STRU GAME
[程序2]基于OPENSEES的截面分析程序
[程序3]基于OPENSEES的桥梁设计小游戏
[程序4]基于OPENSEES的结构拓扑优化小程序

(7) OPENSEES视频教程系列


[视频教程01]OPENSEES安装与基本操作
[视频教程03]单柱构件的静力弹塑性分析
[视频教程04]框架结构的静力弹塑性分析

[出书] 结构弹塑性分析程序OPENSEES
原理与实例[第二版]终于出版

书的购买方法：
【淘室】中国建筑工业出版社的淘宝店
【京东】中国建筑工业出版社的京东店

请关注我的微信公众号 dinostru, 往后的Opensees的视频教程发布

2020年4月20日，《结构弹塑性分析程序OPENSEES原理与实例》
（第二版）终于出版了，同时京东，淘宝都有出售。不要再买一版了，
都是盗版的。感谢伙伴林哲同学对本书的辛苦工作。感谢韩小雷老师，
吕大刚教授，古泉教授及Tony为本书写序，感谢刘瑞霞编辑，感谢所
有支持dinochen.com的人。样稿已经到了，新书厚了不少，
增加了10章的内容。

现在的书没有配光盘的了，大家可以扫描书上的二维码得到与以前光
盘一样的内容。


★以下是第二版的书新增加的实例

[实例26]，组合梁的弹塑性分析
[实例27]，型钢混凝土柱的静力弹塑性分析
[实例28]，带防屈曲支撑的钢结构低周往复分析
[实例29]，框架结构拟倒塌试验分析
[实例30]，塑性铰纤维单元的弹塑性分析
[实例31]，单元生死在分析当中的应用
[实例32]，基于分层壳的剪力墙弹塑性分析
[实例33]，侧向多自由度简化模型的建模
[实例34]，基于OPENSEES的桥梁游戏开发
[实例35]，基于OPENSEES拓扑优化程序开发

[每周挑战]造物_造一盏心形的七彩灯

Instructables, Contest, Roundup 10
https://www.instructables.com/Arduino-Heart-Shape-Light/



三八女神节又来了，创客们又开始制作应节作品了。今天为了投稿instructable的小比赛。
特意制作了一个心形的彩灯，也当做对Arduino项目制作的练手。


 第1步，3D模型设计

在3DSMAX设计出心形灯【arduino heart shape Light】的外形，
如下图所示。它的结构分为以下几个部分：

（1）透明的灯壳。
（2）灯座，主要用于隐藏大部分的电子电路
（3）灯座的顶盖.

以下就是3DSMAX出来的效果图

第2步,准备电子材料

与以往的风格一样，这个装置现在会用到arduino mini，（尺寸比较小）
会基本电路就可以安装了。材料如下：

(1)1个9V的电池给ARDUINO供电
(2)1个ARDUINO MINI 板，
(3)几片孔洞板，用于制作LED灯的外接电路
(4)电焊铁，电线（杜邦线）
(5)小型开关1个,一个用来打开ARDUINO板
(6)小型按钮1个，用来触发LED灯
(8)1个三色RGB LED灯
(9)一个用于开关的电阻，100K欧电阻
(10)电线若干。其它就是用3D打印机打印。
材料就是相对多一点，经过训练的朋友都能做这个小型装置。
注意，本项目没有电机，只有LED灯，采用9V电池就可以了。
       如果这个灯是固定的，也可以用USB直接供电。



第3步,分开模块与打印

在3DSMAX将不同颜色不同部分的组件分别排版，如下图所示。
采用了不同颜色的线材，包括白色与一个白色透明颜色。
3D打印机采用 XYZprinting Mini Maker，如下图所示。
用于本项目的STL文件在这里下载：
【点击下载STL】: arduino_heart_shape_light.stl



第4步,电子电路的设计与制作

以下是电路图的设计，LED，按钮与Arduino的连接。
如下图所示，基本上用了所有的Arduino的输出与输入口了，没有进行简化。

如下图所示，通过焊接电线与孔洞板，实现了整个电路的连接，完成图如下。




第5步,模块的组装

对构件进行粘合，采用强力胶对连接环与顶盖进行连接，如下图所示。其它部位
不需要采用胶水连接，直接拼掉就可以了。

如下图所示，把主要电路在灯座中。

如下图所示是未拼接之前的完成图。拼接后的完成图如下图所示。



第6步,写入ARDUINO的编程代码

对ARDUINO板写入代码，这个代码就是就是ARDUINO板实现读取按钮的值
实现对LED进行控制。

代码，如下图所示。下载方法如下：

点击下载此文件arduino.txt

第7步,最后的测试





以上是arduino heart shape light的最后完成图，
打开左侧的小开关可以启动ARDUINO板。
按下小按钮，灯可以发出不同颜色的光。
注意，采用同样的结构，可以制作出不同效果的灯，如闪灯，火灯及渐变灯等。



 

[每周挑战]造物_造一把瑞克的时空传送枪

Rick and Morty瑞克与莫蒂是最近我最喜欢的美剧动画片，现在
已经是第四季了，已经成功路转粉了。我觉得一个Rick and Morty
的粉丝兼一名Maker 一定会制作一把属于自已的Arduino枪。
再加上，这是一个很好的用于Arduino的入门教程，包括四位数码管
滑动变阻器，开关与LED灯都有了。

以下是传送枪在动画中的图形。

【Rick and Morty与时空传送枪的图片】

 第1步，3D模型设计

在3DSMAX设计出时空传送枪【Portal Gun】的外形，如下图所示。
它的结构分为以下几个部分：

（1）枪身，主要用于隐藏大部分的电子电路，
（2）枪头，有三个LED灯
（3）顶部，上部的大灯管，四位数码管也在上面
（4）手柄，带有一个小按钮
（5）旋转按钮，颜色是黑色的。

以下就是3DSMAX出来的效果图

第2步,准备电子材料

与以往的风格一样，这个装置现在会用到arduino mini，（尺寸比较小）
会基本电路就可以安装了。材料如下：

(1)1个9V的电池给ARDUINO供电
(2)1个ARDUINO MINI 板，
(3)几片孔洞板，用于制作LED灯与数码管的外接电路
(4)电焊铁，电线（杜邦线）
(5)小型开关1个,一个用来打开ARDUINO板
(6)小型按钮1个，用来触发LED灯
(7)一个扭动变阻器，用于控制数码管的数字
(8)7个三角LED灯，（去掉左右线变成纯绿色的LED灯）
(9)一个用于开关的电阻，100K欧电阻
(10)电线若干。其它就是用3D打印机打印。
材料就是相对多一点，经过训练的朋友都能做这个小型装置。
注意，本项目没有电机，只有LED灯，采用9V电池就可以了。

第3步,分开模块与打印

在3DSMAX将不同颜色不同部分的组件分别排版，如下图所示。
采用了不同颜色的线材，包括白色，黑色与一个白色透明颜色。
3D打印机采用 XYZprinting Mini Maker，如下图所示。

第4步,电子电路的设计与制作

以下是电路图的设计，分为两部分，一部分是四位数码管与Arduino的连接。
另一部分介绍变阻器，LED，按钮与Arduino的连接。
如下图所示，基本上用了所有的Arduino的输出与输入口了，没有进行简化。

如下图所示，通过焊接电线与孔洞板，实现了整个电路的连接，完成图如下。



第5步,模块的组装

对构件进行粘合，采用强力胶对手柄与枪身部件进行连接，如下图所示。其它部位
不需要采用胶水连接，直接拼掉就可以了。

如下图所示，把主要电路身入枪当中。

如下图所示是未拼接之前的完成图。拼接后的完成图如下图所示。



第6步,写入ARDUINO的编程代码

对ARDUINO板写入代码，这个代码就是就是ARDUINO板实现读取电阻器的电阻值
实现对数码管显示的控制，通过读取按钮状态，确定是否打开或闪一下LED灯组。

代码，如下图所示。下载方法如下：

点击下载此文件arduino.txt

第7步,最后的测试



以上是Portal Gun的最后完成图，打开左侧的小开关可以启动ARDUINO板。

按下小按钮，枪发出绿光，数码管启动，可以调节变阻器，实现数码管的数字
的显示，从C-000宇宙可以穿越到 C-255宇宙了。当然包手了C-137了，如果
你能看懂上面的梗的话。

测试装置，打开开关，它就实现了上述的功能了，如下图所示。

 

【DINO爱编程】编写一个FlappyBird的游戏 

【编程工具】采用delphi进行编程

【资源网站】https://opengameart.org/

【游戏介绍】https://en.wikipedia.org/wiki/Flappy_Bird

游戏的设计理念
1. FlappyBird 是一只小鸟，要通过飞行穿过一系列的水管
2.点击屏幕或点空格键，小鸟向小飞一下
3.穿过一个水管得一分。如果撞到水管就会GameOver



【技术要点】

(1) 声音的播放方式。

procedure PlaySoundFile(FileName: string);
begin
 if FileExists(FileName)
 then PlaySound(pchar(FileName), 0, SND_ASYNC or SND_FILENAME);
 { Flags are:
 SND_SYNC =0 = Start playing, and wait for the sound to finish
 SND_ASYNC =1 = Start playing, and don't wait to return
 SND_LOOP =8 = Keep looping the sound until another sound is played }
end;

2. 对象之间的碰撞的分析与判断,如下图所示

if (((bird.x+20>pile[i].x)and(bird.x+20<pile[i].x+pile[i].w))
or ((bird.x-20>pile[i].x)and(bird.x-20<pile[i].x+pile[i].w)))
and (((bird.y-15>0) and (bird.y-15<pile[i].up))
or ((bird.y+15>pile[i].down-15) and (bird.y+15<image1.height)) ) then
begin
   collision:=true;
end;

3.按空格键对游戏的响应。

procedure TForm1.FormKeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);
begin
if Key=#32 THEN
 begin
 end;
end;

 【FlappyBird的源代码】点击下载此文件：FlappyBirdexe.zip
【FlappyBird游戏的EXE文件】点击下载此文件：FlappyBird.zip


delphi 常用按键对照表

【DINO爱编程】编写一个扫雷 Mine Sweeper 小游戏 

【编程工具】采用delphi进行编程

游戏原理：(应该很多人会玩的，不用太多的介绍)
（1）点击鼠标左键扫描，如果碰到雷，全部雷爆炸，GAME OVER
（2）如果没有碰到雷，显示数字，数字代表9个格子内的炸弹数量
（3）可以标旗子，代表雷的位置，把全部雷标出就可以完成任务

 

【技术要点】

（1）BRCC32的方法，把文件放入程序的资源区
具体的方法如下：

创建一个MYRC.RC的文本文件，写下一段代码后，运行BRCC32.EXE就可以了

BMP1 Bitmap bmp1.bmp
BMP2 Bitmap bmp2.bmp
BMP3 Bitmap bmp3.bmp
WAV1 Wave k1.wav
WAV2 Wave k2.wav
WAV3 Wave k3.wav

（2）通过读取资源文件得到图片BITMAP与声音音效的文件

具体的方法如下（播放音效与LOAD入图片）：

BMP1.LoadFromResourceName(HInstance,'BMP1');
PlaySound('WAV1', 0, SND_RESOURCE);

（3）在开发游戏的过程中，应用到FloodFill的功能（图形学）
代码如下，也就是区域填充的功能，用到一点点的递归

PROCEDURE TFORM1.FILL(I,J:INTEGER);
BEGIN
IF (I<>0) AND (I<>SIZE+1) AND (J<>0) AND (J<>SIZE+1) THEN
BEGIN
IF (GRID[I,J].BOMB=0) AND (GRID[I,J].COVER=0)
AND (GRID[I,J].NUMBER<2) THEN
BEGIN
GRID[I,J].COVER:=1;
FILL(I,J+1);
FILL(I,J-1);
FILL(I+1,J);
FILL(I-1,J);
END;
IF (GRID[I,J].NUMBER>=2) THEN
BEGIN
GRID[I,J].COVER:=1;
END;
END;
END;

【小游戏的源代码】点击下载此文件：source code.rar
【小游戏的EXE文件】点击下载此文件：mine sweeper.rar

[记事]WSP参加粤港澳大湾区建筑结构创新技术高峰论坛

PPT的下载方法：
点击下载此文件ppt：林哲_厚板转换在香港的应用.PPT

讲座视频的B站地址：

https://www.bilibili.com/video/av86202561

2019年12月5至7日，粤港澳大湾区建筑结构创新技术高峰论坛在广州成功举办。

论坛由广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会和《建筑结构》杂志社共同主办，广东省工程勘察设计行业协会担任指导单位，以推动粤港澳大湾区建筑行业的深度融合发展，促进建筑结构标准的协调和统一为主题，聚焦大湾区经济高速发展和发展模式融合的机遇和挑战。高峰论坛吸引了800余位行业嘉宾出席，24位粤港澳知名学者及权威专家发表主题演讲，分享创新技术和经典工程案例介绍。大会邀请6位中国工程院院士、全国勘察设计大师及全国知名专家进行技术点评。

 
本次高峰论坛聚焦“粤港澳大湾区建筑行业发展形势、创新技术和经典工程，地铁上盖综合体结构设计创新技术，沿海台风地区复杂平面高层结构设计，人工智能在结构设计中的应用”等结构创新技术热点难点问题。通过创新技术和经典工程案例介绍，分析粤港澳大湾区以及与其他地区结构设计标准的异同，为粤港澳大湾区结构设计技术融合贡献力量，打造一个全国性交流平台。

▲ WSP中国区建筑结构高级工程师林哲(Lemuel Lin)在会上发表《厚板转换在香港的应用》演讲

WSP中国区建筑结构高级工程经理/广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员成员陈学伟博士(Dr. Dino Chen) 带领WSP团队参会，高级工程师林哲(Lemuel Lin)在会上发表《厚板转换在香港的应用》演讲，与行业专家分享和分析粤港两地工程设计理念和经验的异同，探讨将广东省性能化抗震评估和设计的思想与香港厚板结构设计实践相结合的发展方向。

随着粤港两地在大湾区工程建设，规划领域上的合作不断深入，WSP积极参与大湾区行业交流，致力于探索土地开发，城市规划，工程设计，工程建设，工程管理等全产业链上的新合作模式，为两岸客户提供优质服务。

▲ 左起: WSP中国区建筑结构高级工程师林哲(Lemuel Lin) , 高级工程经理陈学伟(Dino Chen)及高级工程师林生逸(Jeremy Lin)

[记事]参加2019年土木工程研究生学术大会(福州)

2019-12-24，收到福州大学的邀请，参加了2019年全国土木工程研究生学术论坛，
"智慧土木工程的发展与挑战"，我在会上主要分享2020年二月将会出版的OPENSEES实例
教程一书。经过2014的第一版出版以后，在研究生的反响是不错的，因此增加了一些有趣的算例
也对原书做了一些小修改。同时更新的ETO的程序的一些功能。在报告的最后也介绍了我的导师
韩小雷教授最新的软件PBSD的一些研究成果，也提供了资料的下载方法。

PPT的下载方法：
点击下载此文件ppt：2019年OPENSEES在结构工程中的应用.PPT


最后，整个报告的视频已经上传到B站，以下B站的视频链接。
https://www.bilibili.com/video/av86003894/




福州大学之旅，也看到了多年没有见的王素裹师姐王教授。如下图所示。




关于新书的消息，目前知道的是会在2020年的2月份出版，请留意。

www.dinochen.com博主自我介绍（24-Feb-2020）

  
  



 （1）陈学伟 个人简介
  陈学伟博士 Dr. Dino Chen Xuewei
  广东省汕尾人 （现居香港）  Email：dinochen1983@qq.com
  华南理工大学土木工程系結构工程工学博士(师从韩小雷教授)
  结构工程师 WSP Asia Ltd. (副董事 Associate Director)
  第5届广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会委员

  研究方向：高层及复杂结构设计, 有限元、弹塑性分析
  其它爱好：编程，图形学、平面绘画、3D设计

（2）发表论文、专著、笔记及学习资料
 Dino已發表学术論文[40]目录：Dino Chen's Paper   
【OpenSEES】实例教程、视频教程 及学习资料汇总
 DINO 结构软件学习 不同软件学习的总目录
 博士论文  剪力墙结构构件变形指标的研究及计算平台开发
 工程应用程序下载  DinoBox系列结构工程工具箱
 学术专著(1)《结构弹塑性分析程序OpenSEES原理与实例(第一版)》书序与目录
 学术专著(2)《结构弹塑性分析程序OpenSEES原理与实例(第二版)》书序与目录

 (3)学术及社会兼职
广东省工程勘察设计行业协会第五届理事会荣誉会员（2020年5月）
 CHAAE中國（香港）建築及工程交流學會  执委  {CHAAE网站}
 华南理工大学土木与交通学院本科毕业设计指导老师
 香港大学客座助理教授 Adjunct Assistant Professor, HKU
 主讲科目：CIVL7008 Seismic Design for Building Structures

[Dino爱编程]如何绘制Lissajous曲线的动画演示



小程序下载：点击下载此文件: 绘图小程序Lissajous.exe

以上是 Lissajous 曲线的动画。大家看一看，像不像一个网壳结构。
一条数学公式生成一个斜交网格 Lissajous 曲线 ，数学的优雅。
介绍以下一个著名的斜交网格结构，也是出于WSP公司之手  HEARST TOWER

【Dino爱编程】系列有时候会分享一些美妙的数学曲线，有时侯一些数学曲线可以直接展示数学之美，以下的就是一个最好的例子，之前讲过乘法圆曲线（这里是链接：http://dinochen.com/article.asp?id=277）。以上编程的灵感来源于国内一个数学知名博主的博客 matrix67.com， 这里面有丰富的数学内容，大家有兴趣可以去逛逛。


Lissajous曲线，双叫做示波器曲线，可以通过示波器进行生成的。如下图所示。
曲线上点坐标 px py，它的参数方程 x = sin(m · t), y = sin(n · t) ,其中，m与n是定量参数。
通过随着 t 值 的增加，平面上将会画出一系列漂亮的曲线。法国物理学家 Jules Antoine Lissajous
曾在 1857 年研究过这类曲线，因此人们把它叫做 Lissajous 曲线。


matrix67.com在他的博客上绘制了曲线， http://www.matrix67.com/blog/archives/6947
那么参考matrix67的方法，我通过lazarus编程绘制现 m = 13, n = 18 时的 Lissajous 曲线
动画如下图所示。程序界面如下图所示。



以下是主要的源代码：由于曲线需要动画显示，所以采用了 timer功能。

procedure TForm1.tmr1Timer(Sender: TObject);
var di:double;
begin
 di:=200;
 px:=di*sin(m*tt);
 py:=di*sin(n*tt);
 form1.draw_image;
 tt:=tt+dt;
end;

procedure tform1.draw_image;
begin
  img1.Canvas.Pen.Color:=RGB(51,155,223);
  img1.Canvas.Pen.Width:=2;
  ax:=Round(img1.Width/2+px);
  ay:=Round(img1.Height/2-py);
  img1.Canvas.Pen.Mode:=pmNot;
  img1.Canvas.Ellipse(oldx-5,oldy-5,oldx+5,oldy+5);
  if (oldx<>0) and (oldy<>0) then
  begin
  img1.Canvas.Pen.Mode:=pmcopy;
  img1.Canvas.MoveTo(oldx,oldy);
  img1.Canvas.LineTo(ax,ay);
  end;
  img1.Canvas.Pen.Mode:=pmNot;
  img1.Canvas.Ellipse(ax-5,ay-5,ax+5,ay+5);
  oldx:=ax;
  oldy:=ay;
end;

以上代码非常有用，有一张动态曲线的展示，如滞回曲线，振动曲线等一般都是这么编程显示出来的。
以上是【Dino爱编程】的纯技术分享。

[小记] 结构弹塑性分析程序OPENSEES原理与实例[第二版]出版

以下是新的封面设计，以橙色为主色，原来的一版已经是旧的。

 

OPENSEES要出新书了，全名是《结构弹塑性分析程序OPENSEES原理与实例（第二版）》，没错，是第二版，在原来的版本的25个实例的基础上增加了10个实例，新的10个实例已经上网站公开（晚些时侯会撤走），全部实例为35个实例，包括增加了新的单元介绍与新的二次开发实例，特别有趣的是陆新征老师开发的分层壳单元、桥梁小游戏的开发、拓扑优化小实例。对于第一版已经出版的内容进行补充与校对，增加多一些细节。把OpenSEES实例教程的书与网上资源有效地连接起来，让读者更容易在官网上找到资料，也补充了一部分的视频教程。本书的重要自编程序工具ETO程序进行了更新，增加了新的单元如铁木辛柯梁、带塑性铰的杆件单元及分层壳等，后处理增加了可以处理的动画效果。ETO程序将会不断更新，读者通过书上的二维码得到所有的实例资料、小程序、也包括最新版本的ETO ，光盘内文件等 。对于书的评论与问题，可以在我的博客网站Dinochen.com上的留言板进行提问。谢谢广大对《结构弹塑性分析程序OPENSEES原理与实例》一书的支持的读者们，你们的支持是我出第二版书的动力。同时感谢我的博士生导师韩小雷教授，季静教授，感谢林哲同学的编制工作，感谢dinochen.com的粉丝们，他们提了很多建设性的建议，特别感谢为本书的第一版写序与介绍的韩小雷教授、吕大刚教授、Tony Yang教授、古泉教授的支持。

★以下是第二版的书新增加的实例

[实例26]，组合梁的弹塑性分析
[实例27]，型钢混凝土柱的静力弹塑性分析
[实例28]，带防屈曲支撑的钢结构低周往复分析
[实例29]，框架结构拟倒塌试验分析
[实例30]，塑性铰纤维单元的弹塑性分析
[实例31]，单元生死在分析当中的应用
[实例32]，基于分层壳的剪力墙弹塑性分析
[实例33]，侧向多自由度简化模型的建模
[实例34]，基于OPENSEES的桥梁游戏开发
[实例35]，基于OPENSEES拓扑优化程序开发

[Dino公开课]Dinostru结构笔记公开课汇总

 dinochen频道：https://space.bilibili.com/390950236


DinoStru结构笔记公开课视频教程，如下所示：

第01课 平截面假定与M-fai曲线
第02课 杆系有限元法的介绍
第03课 截面分析程序XTRACT介绍
第04课 桁架构件的基本设计
第05课 惯性矩的概念及计算方法
第06课 DINOSAP与DINOSEC的介绍
第07课 结构程序编程的入门教程
第08课 有限元编程入门 常应变单元
第09课 多自由度简化系统的建模

[Dino公开课]Dinostru结构笔记公开课汇总【bilibili视频】

第01课 平截面假定与M-fai曲线	第02课 杆系有限元法的介绍	第03课 截面分析程序XTRACT介绍
第04课 桁架构件的基本设计	第05课 惯性矩的概念及计算方法	第06课 DINOSAP与DINOSEC的介绍
第07课 结构程序编程的入门教程	第08课 有限元编程入门 常应变单元	第09课 多自由度简化系统的建模

 --------- To be continued----------

【ETE专题】节点有限元分析在结构分析中的应用

[小编：李明]

[下载讲义PDF]：点击下载此文件：节点有限元分析讲义
[下载PPT文件]：点击下载此文件：节点有限元分析PPT 

 
（1） 介绍主流的节点有限元分析软件。

（2） 介绍ABAQUS进行节点分析的特点：常用的桁架单元，梁单元，壳体及实体单元，另有tie，内嵌，coupling，连接器等接触单元（自由度处理方法），也具备线弹性材料，基于损伤理论的非线性材料，还可以自定义UMAT等。建模方面，支持复杂几何实体的IGES，SAT的格式，程序可以进行布尔运算。 由于上述的属性，ABAQUS可以很好地进行节点有限元分析。以下是整个节点分析的主要过程：

（3） ABAQUS的大部分应用场景是，采用AUTOCAD等CAD软件进行空间建模，然后采用ABAQUS进行补充建模，主要就是合并，布尔，分体及单元划分。其它应用场景有采用INPUT进行文本建模，或采用第三方的单元剖分，如HYPERMESH等，这里就不展开介绍，这里主要讲采用CAD+ABQUS的建模方法。



（4） 以下是常用的3D-CAD中用到的立体模型生成的功能，从平面到立体，有拉伸，扫掠，放样，旋转等，CAD也能进行一些简单的布尔运算：合并，减除，相交 

（5） 有限元建模分节点模型与区块模型，区块模型可以从结构模板图出发，如下所示，采用一系列的拉伸就可以建完模型了，当然还需要一些布尔运算


（6） 混凝土块体部分的建模相对简单，复杂的在块体内钢筋的建模，钢筋一般采用TRUSS单元，在CAD内是单线，采用AUTOCAD建模如下图所示。钢筋的复制建模大量采用3D-ARRAY这个CAD命令。 

（7） 钢筋的线模在建模的过程中要注意，纵筋与箍筋的距离不宜过小，钢筋不要跑到混凝土外表面去了。

（8） 构件分组：这个很重要，不同的材料不同的类型记得分组，分图层。如基础、构件、钢配件、钢筋与钢骨，都应该在不同的组，方便管理，钢板厚度不同，钢筋直径不同也需要分开。

（9） 在AUTOCAD完成大部分建模以后，我们把AUTOCAD的模型导出为IGES格式。IGES格式可以把钢筋也能包括进去，SAT格式就不可以了。

（10） 弹性模型可以不需要导入钢筋，只有弹塑性分析才需要导入钢筋网。 

（11） 在分析前，进行网格部分试算检查，有问题越早发现越好，记得另存为。 

（12） 输入材料的定义，混凝土与钢筋在进行弹塑性分析时，要输入弹塑性本构 

（13） 输入截面的定义，定义好构件截面，主要是钢筋的截面，一般采用TRUSS

（14） 组装构件:因为在前面定义好了不同的图层，所以这个分组定义就相对容易了。

（15） 定义分析设置：ABAQUS的弹塑性分析是采用自适应增量迭代法的，你需要设置最大迭代步数（可以理解成迭代多少步以后算不下去跳出）及最小迭代增量值（可以理解成最小每步加载）。

（16） 定义RP加载点，这个很重要的功能，因为节点分析的外力是从整体模型中得到，是一些杆件端部点荷载，这些点荷载要作用于实体单元上的一个面，就要作用于面上的一个代表结点，通过刚度分配到这个面上的所有点上。所以要进行RP点的指定，一般是受力的中心。 

（17） 定义tie，构件与构件的面连接，可以采用TIE进行连体， 不同组之间，无论你建模的两个面之间有多近，也是离开的（自由度独立），所以要采用TIE把这两个面帖起来。

（18） 定义内嵌（Embed），钢骨（壳元），钢筋（桁架单元）都可以内嵌于实体单元中。内嵌的作用就是实体单元的变形，会使单元内的钢筋与钢骨协同变形。

（19） 定义荷载。刚才讲的RP点就是用来加点荷载的，加载外力的方向采用右手法则。

（20） 定义位移约束（支座）。节点除了力边界，还有位移边界，采用BC（边界约束）进行定义。 

（21） 网格部分（在有限元分析中占重要地位）：第一步，剖分TRUSS单元，这是关键的一步。然后对实体，壳体进行网格划分，指定网格大小，100~300比较常用。稳定划分可以采用TET（三角形四面体）格式进行网格划分 

（22） 补充参数设置：自定义本构的位置，GPU多核计算的设置等。


 

（23） 导出INP的功能，导出INP方便以后进行批量计算，脱开了图形界面，采用文本修改。

 （24） 运算完成后，点击RESULTS查看结果，ABAQUS的前处理就介绍这么多了，后处理需要用到一些如PYTHON的往后再介绍。 



============END==============

[opensees]实例34_基于OPENSEES的桥梁游戏开发

[下载实例PDF]：点击下载此文件：实例35_基于OPENSEES的桥梁游戏开发
[下载实例文件]：点击下载实例文件 


1)问题描述：
本实例是一个基于图形界面的小游戏的开发，计算核心是采用OpenSEES，主要介绍通过delphi或lazarus开发一个图形界面，可以快速进行刚构桥的建模，施加行车荷载（参考前面实例中影响线的计算方法），最后通过动画的形式显示结构的整个过程的变形。这个小游戏可以用于练习结构布置，学习结构概念，了解不同结构受力变形的特征，结构形式的效率等等 。这有利于应用于STEM 教学。本实例会展示部分快速建模的源代码，并展示最后用于桥梁分析的opensees命令流。

（1）采用遍历的方法生成结构模型的全部结点。
以下是关键代码，USED代表结点是被使用。PX,PY代表结点的坐标，整个屏幕的网格共有32X20个结点，只有被使用的结点才会被重新编号且生成于OPENSEES的代码当中。初始结点是NODE，存在很多空结点 ，重新编号后是KNODE，全部是被使用结点，两组编号要对应起来。
（2）通过鼠标建立桥梁的杆系模型，所以杆件采用两个结点连接。
以下是增加单元的代码，在屏幕上的定好起点AX,AY与终点BX,BY，就可以确定一个构件的左右结点的编号，通过坐标反向计算结点的编号（因为编号顺序与坐标位置是相关的），确定了单元的左右结点以后，就可以增加一个新的单元。程序生成两类构件，自已绘制的蓝色构件及红色的桥面构件。有单元的结点，指定为结点被使用，在重生成被使用结点时进行重新编号，单元的编号中I,J为原始编号，KI,KJ为结点重新编号后的编号。
（3）桥梁的左右两端的节点均为固定支座，也就是自由度全部锁死。
总共有左右两端的支座，共计8个结点，如图所示。

（4）桥面节点（荷载相关作用点）
注意：需要一个找桥面点的一个过程，从左到右，确定部分构件是桥面单元，桥面的单元上的结点将会被施加荷载。

（5）程序自动指定桥梁的位置活动荷载（模拟桥面上的车从左到右行走的过程）
每一步的荷载位置及大小的变化如下图所示，整个过程以此类推。原理如下图所示。
（6）生成全部的opensees命令流，保存文件名为CO.txt
整个OPENSEES生成的代码如下所示：

（7）程序调用opensees程序运行命令流文件，运算完程序后即可得到全部的输出文件
以下命令流代表输出全部的结点的变形值
（8）桥梁程序读取输出的文本文件，主要是每个结点的位移，即可得到整过车运动过程中的结构的整体变形。
以下代码代表读取每个结点的变形，并把每个结点在每一个荷载子步的值存起来，用于绘制动画效果，其中结点的位移会在MX,MY的数组内。
（9）对全部结点进行求最大值，得到全部节点中，最大的结构变形位置。整个小程序的制作过程就完成了。每隔一定时间绘制整个屏幕，即为动画效果，采用了编程中的Timer计时器控件功能。


=============end================