Quando hoje um engenheiro escreve:
import openseespy.opensees as opsé fácil pensar que o OpenSees é simplesmente outra biblioteca de Python para análise estrutural.
Não é.
Por trás dessa linha existe uma história de quase três décadas de pesquisa em engenharia sísmica, análise não linear, elementos finitos, computação científica e software aberto.
O OpenSees não nasceu como um programa comercial com interface gráfica, nem como uma ferramenta desenhada para competir diretamente com o ETABS, o SAP2000 ou o Abaqus.
Nasceu de uma pergunta muito mais fundamental:
Como construir uma plataforma de simulação suficientemente flexível para que os pesquisadores possam implementar novos modelos, elementos, algoritmos e métodos de análise sem ter de criar um programa de elementos finitos do zero a cada vez?
A resposta terminaria se tornando o OpenSees — Open System for Earthquake Engineering Simulation.
Antes do OpenSees: o problema do software de engenharia sísmica
Durante as décadas de 1970, 1980 e boa parte dos anos 1990, uma grande quantidade de ferramentas de análise estrutural havia sido desenvolvida em torno de modelos, algoritmos e capacidades relativamente específicas.
Isso gerava vários problemas.
Os pesquisadores podiam desenvolver um novo:
- modelo constitutivo,
- elemento finito,
- algoritmo de solução,
- método de integração,
- modelo de plasticidade,
- procedimento de análise dinâmica,
mas, para testá-lo, precisavam integrá-lo em algum software existente ou desenvolver infraestrutura computacional adicional.
Além disso, uma parte importante do software produzido em universidades terminava vinculada a teses de doutorado ou projetos individuais.
Quando o pesquisador deixava a universidade, o código podia ficar sem manutenção.
O projeto que eventualmente se tornaria o OpenSees tentou resolver precisamente esse problema: criar uma infraestrutura comum e extensível para pesquisa computacional em engenharia sísmica.
1997: a tese que lançou as bases do OpenSees
O ponto de partida pode ser rastreado até o trabalho de doutorado de Frank McKenna na University of California, Berkeley.
Em 1997 McKenna apresentou sua tese:
Object-Oriented Finite Element Programming: Frameworks for Analysis, Algorithms and Parallel Computing.
Seu orientador foi Gregory L. Fenves, que depois teria um papel fundamental no desenvolvimento do OpenSees.
A ideia central era usar programação orientada a objetos para construir uma arquitetura de elementos finitos modular.
Em vez de desenvolver um enorme programa monolítico, o sistema podia ser dividido em componentes independentes.
Por exemplo:
Domain
├── Nodes
├── Elements
├── Materials
├── Constraints
└── Loads
Analysis
├── Constraint Handler
├── DOF Numberer
├── Algorithm
├── Integrator
├── Linear System
└── SolverCada componente teria uma responsabilidade concreta e poderia ser substituído por outro.
Isso parece normal hoje.
Nos anos 1990 era uma decisão arquitetônica extremamente importante para um programa científico desse tipo.
A documentação de desenvolvimento do OpenSees indica que, embora muitas classes e capacidades tenham sido acrescentadas depois, a arquitetura fundamental proposta naquela tese mudou relativamente pouco.
Essa estabilidade é uma das chaves para entender por que o OpenSees sobreviveu durante tanto tempo.
Da tese ao G3
Antes de se chamar OpenSees, o framework foi conhecido como G3.
O nome estava relacionado a um dos grupos do Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) encarregado de desenvolver plataformas de simulação para a engenharia sísmica baseada em desempenho.
O PEER havia sido criado como um centro de pesquisa multi-institucional liderado a partir da UC Berkeley.
Seu objetivo não era simplesmente calcular forças em estruturas.
A visão era muito mais ampla: desenvolver ferramentas para estudar o comportamento de infraestrutura submetida a terremotos, considerando fenômenos como:
- comportamento estrutural não linear,
- comportamento geotécnico,
- interação solo-estrutura,
- fundações,
- liquefação,
- incerteza,
- dano e desempenho.
Era exatamente o tipo de problema para o qual uma arquitetura modular fazia sentido.
1999–2000: nasce o OpenSees
No fim dos anos 1990 o projeto começou a se consolidar como uma plataforma independente.
Os arquivos históricos do código contêm copyrights da University of California desde 1999, enquanto uma das referências acadêmicas tradicionais do projeto é:
McKenna, F., Fenves, G. L. e Scott, M. H. (2000). Open System for Earthquake Engineering Simulation.
Por volta do ano 2000 apareceu formalmente o nome:
OpenSees
Open System for Earthquake Engineering Simulation
A mudança de nome refletia uma ideia importante.
O OpenSees não deveria ser simplesmente um programa para realizar análises.
Deveria ser um sistema aberto para construir simulações de engenharia sísmica.
Por que “Open System”?
A palavra Open tem várias implicações.
O OpenSees foi desenvolvido seguindo uma filosofia de colaboração em que pesquisadores podiam incorporar novos componentes ao framework.
Um pesquisador podia implementar:
- um novo material,
- um novo elemento,
- um integrador,
- um algoritmo de solução,
- um recorder,
- um método de análise,
- uma técnica de simulação.
E esses componentes podiam ser reutilizados por outros pesquisadores.
Essa filosofia resolvia um problema muito frequente na pesquisa acadêmica: evitar que cada grupo tivesse de reconstruir toda a infraestrutura numérica necessária para testar uma nova ideia.
Em outras palavras:
O OpenSees transformou o programa de elementos finitos em uma plataforma de pesquisa.
C++ no coração do OpenSees
O núcleo do OpenSees foi desenvolvido principalmente em C++.
Isso também não foi acidental.
O C++ permitia combinar:
- alto desempenho,
- programação orientada a objetos,
- administração explícita de memória,
- integração com bibliotecas numéricas,
- extensibilidade.
A arquitetura podia representar conceitos de engenharia diretamente como objetos.
Por exemplo:
Node
Element
Material
Section
Domain
Integrator
Algorithm
Solver
RecorderCada classe podia implementar uma parte do problema.
Essa estrutura facilitava algo fundamental: composição.
Um modelo estrutural não precisava depender de um único algoritmo ou solver.
Podia combinar diferentes implementações.
Décadas depois, essa filosofia seria descrita formalmente no artigo de 2010:
Nonlinear Finite-Element Analysis Software Architecture Using Object Composition.
A ideia de composição explica boa parte da flexibilidade que ainda caracteriza o OpenSees.
Tcl: a primeira grande interface para os usuários
Embora o motor estivesse escrito em C++, exigir que cada engenheiro recompilasse o programa para criar um modelo teria limitado enormemente sua adoção.
A solução foi incorporar um interpretador.
Durante muitos anos a interface principal do OpenSees foi o Tcl — Tool Command Language.
Um modelo podia ser escrito desta maneira:
model BasicBuilder -ndm 2 -ndf 3
node 1 0.0 0.0
node 2 0.0 3.0
fix 1 1 1 1
uniaxialMaterial Steel01 1 355.0 200000.0 0.01O Tcl tinha várias vantagens naquele momento:
- era leve,
- podia ser integrado facilmente com aplicações C/C++,
- permitia scripting,
- evitava recompilar o núcleo,
- era amplamente utilizado em ferramentas de engenharia e software científico.
Assim apareceu um dos conceitos mais importantes do OpenSees:
C++ → motor computacional
Tcl → interface de scriptingEssa separação continua sendo fundamental para entender o OpenSees atualmente.
O OpenSees não era somente análise estrutural
Um dos objetivos do PEER era integrar diferentes áreas da engenharia sísmica.
Por isso o OpenSees começou a incorporar capacidades geotécnicas desde etapas iniciais.
Em maio de 2000 começou um projeto específico para desenvolver capacidades geotécnicas dentro do OpenSees.
Em 2001 o PEER publicou o relatório:
Development of Geotechnical Capabilities in OpenSees.
Entre as capacidades estudadas estavam:
- modelos constitutivos de solos,
- formulações sólido-fluido,
- interação solo-fundação-estrutura,
- visualização,
- ferramentas de controle de qualidade.
Isso diferenciava o OpenSees de muitos programas focados exclusivamente em estruturas.
A meta era poder estudar sistemas completos.
Solo
↓
Fundação
↓
Estrutura
↓
Resposta sísmicaTudo dentro do mesmo ambiente de simulação.
OpenSees e a engenharia sísmica baseada em desempenho
O OpenSees cresceu em paralelo ao desenvolvimento da Performance-Based Earthquake Engineering, ou PBEE.
A pergunta deixou de ser somente:
A estrutura resiste às forças do código?
E começou a se tornar:
Como a estrutura realmente se comportará durante diferentes níveis de terremoto?
Isso exige estudar fenômenos como:
- formação de rótulas plásticas,
- degradação de rigidez,
- degradação de resistência,
- efeitos cíclicos,
- grandes deslocamentos,
- resposta dinâmica não linear,
- colapso,
- interação solo-estrutura.
O OpenSees estava especialmente bem preparado para esse tipo de problema.
Por isso começou a ser utilizado amplamente em pesquisa sísmica avançada.
A era NEES: simulação distribuída e computação avançada
Durante os anos 2000, o OpenSees também fez parte do ecossistema estadunidense de pesquisa conhecido como NEES — Network for Earthquake Engineering Simulation.
O OpenSees foi adotado como um dos componentes de simulação do projeto NEESgrid.
A arquitetura modular do programa facilitava sua integração com:
- computação paralela,
- bases de dados,
- visualização,
- experimentação híbrida,
- simulação distribuída.
Isso era importante porque a engenharia sísmica começava a combinar experimentos físicos e simulação numérica.
Por exemplo:
Parte da estrutura
↓
ensaio físico real
↕
OpenSees
↓
resto da estrutura simuladaEsse tipo de procedimento é conhecido como hybrid simulation.
O crescimento de uma comunidade
O OpenSees deixou progressivamente de ser um projeto desenvolvido somente dentro de Berkeley.
Pesquisadores de distintas universidades começaram a contribuir:
- novos elementos,
- materiais,
- modelos geotécnicos,
- algoritmos,
- ferramentas de análise.
Entre as instituições associadas historicamente a contribuições importantes aparecem:
- University of California, Berkeley,
- Oregon State University,
- University of California, San Diego,
- University of Washington,
- Stanford University,
- além de pesquisadores de muitas outras instituições.
Entre os desenvolvedores que aparecem na documentação oficial estão nomes como:
- Frank McKenna,
- Gregory L. Fenves,
- Filip C. Filippou,
- Silvia Mazzoni,
- Michael H. Scott,
- Ahmed Elgamal,
- Zhaohui Yang,
- Pedro Arduino,
- Gregory G. Deierlein,
- Kincho Law.
A consequência foi importante:
O OpenSees começou a acumular décadas de modelos desenvolvidos e utilizados dentro da pesquisa acadêmica.
2006: o Command Language Manual
À medida que o OpenSees crescia, também crescia a necessidade de documentar seus comandos.
Em 2006 apareceu uma das referências históricas mais conhecidas:
Mazzoni, S., McKenna, F., Scott, M. H. e Fenves, G. L.
OpenSees Command Language Manual.
Durante muitos anos este manual foi uma das principais referências para aprender:
- definição do modelo,
- nós,
- materiais,
- seções,
- elementos,
- cargas,
- análise,
- recorders.
Para uma geração completa de pesquisadores, aprender OpenSees significou aprender Tcl e consultar este manual.
2010: a arquitetura do OpenSees se formaliza academicamente
Em 2010 Frank McKenna, Michael H. Scott e Gregory L. Fenves publicaram:
Nonlinear Finite-Element Analysis Software Architecture Using Object Composition.
O artigo descreve uma das ideias essenciais por trás do software:
object composition
Em vez de construir um programa em que cada análise estivesse rigidamente conectada a um conjunto específico de componentes, o OpenSees permite montar objetos diferentes.
Por exemplo:
Modelo
+
Constraint Handler
+
DOF Numberer
+
Solution Algorithm
+
Integrator
+
Equation System
+
SolverMudar um componente não obriga necessariamente a reconstruir o restante.
Essa filosofia é uma das razões pelas quais o OpenSees pode sustentar uma enorme variedade de procedimentos de análise.
O problema do Tcl
O Tcl funcionou extraordinariamente bem para o OpenSees durante muitos anos.
Mas o ecossistema científico mudou.
O Python começou a se tornar a linguagem dominante para:
- computação científica,
- análise de dados,
- machine learning,
- automação,
- visualização,
- otimização.
Ferramentas como:
NumPy
SciPy
Matplotlib
Pandas
Jupytertransformaram a maneira como pesquisadores e engenheiros trabalhavam.
Nesse contexto era inevitável perguntar:
Por que não controlar o OpenSees diretamente a partir do Python?
OpenSeesPy: o OpenSees entra no ecossistema Python
Dessa necessidade surgiu o OpenSeesPy.
O OpenSeesPy não substitui o motor do OpenSees.
É uma interface de Python para usar as capacidades do framework.
A relação pode ser entendida assim:
┌──────────────┐
Tcl scripts ───────►│ │
│ OpenSees │
Python ────────────►│ C++ │
│ Engine │
└──────────────┘O desenvolvedor principal do OpenSeesPy é Minjie Zhu, vinculado à Oregon State University.
Um modelo que historicamente se escrevia com comandos Tcl podia agora ser escrito em Python.
Por exemplo:
import openseespy.opensees as ops
ops.model("basic", "-ndm", 2, "-ndf", 3)
ops.node(1, 0.0, 0.0)
ops.node(2, 0.0, 3.0)
ops.fix(1, 1, 1, 1)
ops.uniaxialMaterial(
"Steel01",
1,
355.0,
200000.0,
0.01
)A diferença parece pequena.
Mas conceitualmente foi enorme.
O OpenSees podia agora se integrar diretamente a todo o ecossistema científico de Python.
O que o Python mudou
O OpenSeesPy permitiu usar o OpenSees dentro de workflows muito mais amplos.
Por exemplo:
Pandas
↓
geração de modelos
↓
OpenSeesPy
↓
análise paramétrica
↓
NumPy
↓
Matplotlib
↓
visualizaçãoTambém abriu a porta para:
- otimização estrutural,
- análises em massa,
- Monte Carlo,
- processamento automático de resultados,
- machine learning,
- notebooks reproduzíveis,
- geração procedimental de modelos.
Isso mudou profundamente a ergonomia do OpenSees.
O programa deixou de estar limitado a scripts de uma linguagem relativamente especializada e passou a conviver com um dos maiores ecossistemas de computação científica do mundo.
Do terremoto a outros tipos de ameaça
Embora o nome continue sendo:
Open System for Earthquake Engineering Simulation
o uso do OpenSees cresceu para além dos terremotos.
A documentação moderna aponta aplicações relacionadas com:
- earthquake,
- fire,
- wind,
- tsunami,
- storm surge,
além de problemas gerais de resposta estrutural e geotécnica.
Isso é possível porque o núcleo do programa não está restrito conceitualmente a uma única carga.
É, em essência, um framework de simulação não linear por elementos finitos com uma enorme coleção de componentes desenvolvidos em torno de problemas de engenharia civil.
OpenSees e a computação paralela
Outra característica presente desde a arquitetura inicial foi o interesse pela computação paralela.
As análises não lineares podem ser extremamente caras.
Isso se torna ainda mais importante em:
- análises paramétricas,
- estudos probabilísticos,
- modelos grandes,
- análises dinâmicas,
- pesquisa de colapso.
O OpenSees desenvolveu variantes e mecanismos para aproveitar múltiplos processos e recursos computacionais.
Isso permitiu executar simulações desde:
Laptop
↓
Workstation
↓
Cluster
↓
HPC
↓
CloudO mesmo ecossistema pode escalar rumo a problemas consideravelmente maiores.
OpenSees no DesignSafe e na infraestrutura moderna
Depois da era NEES, a infraestrutura de pesquisa estadunidense evoluiu para plataformas como o DesignSafe-CI, dentro do ecossistema da NHERI.
O OpenSees continua disponível lá como ferramenta de simulação.
Isso mostra algo importante sobre sua história.
O OpenSees sobreviveu a várias gerações de infraestrutura científica ao seu redor.
As plataformas mudaram.
As linguagens mudaram.
As capacidades computacionais mudaram.
Mas o núcleo conceitual do framework continuou sendo útil.
OpenSees em 2026
Em setembro de 2026 o OpenSees continua em desenvolvimento ativo.
O site oficial da UC Berkeley registra o OpenSees 3.8.0, publicado em fevereiro de 2026.
O OpenSeesPy também distribui versões modernas para Linux, Windows e macOS.
Ou seja, estamos falando de um projeto cujas raízes arquitetônicas podem ser rastreadas até 1997 e que continua ativo quase trinta anos depois.
Isso é pouco comum em software científico.
Por que o OpenSees sobreviveu tanto tempo?
Provavelmente não existe uma única razão.
Mas há várias especialmente importantes.
1. Sua arquitetura
O OpenSees foi desenhado como framework, não simplesmente como aplicação.
Isso permitiu acrescentar capacidades sem reconstruir todo o sistema.
2. O código acadêmico acumulado
Décadas de pesquisa produziram:
- elementos,
- materiais,
- algoritmos,
- exemplos,
- validações,
- publicações.
Recriar todo esse conhecimento do zero seria extraordinariamente difícil.
3. Uma comunidade científica real
O OpenSees se tornou infraestrutura compartilhada entre pesquisadores.
Quando uma ferramenta se transforma em parte do processo científico, seu valor deixa de depender unicamente de sua interface.
4. O foco na análise não linear
O OpenSees se especializou precisamente em uma das áreas mais difíceis da engenharia estrutural:
a simulação do comportamento não linear.
Não tentou simplificar o problema para fazê-lo parecer simples.
Expôs diretamente muitos dos componentes que realmente controlam uma análise numérica.
5. O Python rejuvenesceu o ecossistema
O OpenSeesPy permitiu conectar um motor desenvolvido décadas atrás com ferramentas modernas.
O resultado foi uma combinação especialmente poderosa:
C++ maduro
+
modelos acumulados durante décadas
+
Python
+
automação
+
computação científicaO OpenSees não é somente um programa
Talvez a melhor maneira de entender o OpenSees seja deixar de compará-lo diretamente com programas tradicionais.
O ETABS, o SAP2000 ou o Robot Structural Analysis foram desenhados principalmente como aplicativos de engenharia.
O OpenSees nasceu principalmente como um:
Framework de simulação
Isso significa que sua força não é necessariamente oferecer a interface mais simples.
Sua força está em permitir construir simulações extremamente específicas.
Um pesquisador pode controlar:
- o material,
- o elemento,
- o algoritmo,
- o integrador,
- o solver,
- a convergência,
- os recorders,
- o procedimento de análise.
Esse nível de controle é precisamente o que faz o OpenSees poder parecer difícil no começo.
Mas também explica por que continua sendo usado em pesquisa avançada.
Do G3 ao OpenSeesPy
Se resumirmos quase trinta anos de evolução, a história pode ser vista assim:
1997
Tese de Frank McKenna
Object-Oriented Finite Element Programming
↓
G3
Framework experimental do PEER
↓
1999–2000
OpenSees
↓
Tcl
Scripting para usuários
↓
2000s
estruturas + geotecnia + NEES
↓
2006
Command Language Manual
↓
2010
arquitetura formalizada mediante object composition
↓
OpenSeesPy
Python como interface
↓
DesignSafe / HPC / Cloud
↓
2026
OpenSees 3.8O interessante é que o conceito fundamental não mudou demais.
O projeto continua em torno da mesma ideia:
criar uma infraestrutura aberta e extensível onde a comunidade de engenharia possa implementar e compartilhar modelos avançados de simulação.
O que isso significa para um engenheiro atual?
Aprender OpenSees hoje não significa estudar um software velho.
Significa aprender a usar uma infraestrutura científica que acumulou quase três décadas de conhecimento.
E o OpenSeesPy muda consideravelmente a barreira de entrada.
Um engenheiro que já conhece Python pode combinar:
OpenSeesPy
+
NumPy
+
Pandas
+
Matplotlib
+
SciPy
+
Jupyterpara construir workflows que há vinte anos teriam exigido muito mais desenvolvimento.
Além disso, o surgimento de agentes de IA e de ferramentas capazes de executar código abre uma nova etapa.
Em vez de usar o OpenSees somente de maneira manual, é possível imaginar sistemas em que um agente possa:
- gerar um modelo;
- executar o OpenSees;
- revisar a convergência;
- modificar parâmetros;
- processar resultados;
- gerar gráficos;
- comparar alternativas;
- documentar a análise.
Nesse contexto, o OpenSees pode terminar sendo ainda mais relevante do que antes.
Porque um motor programável, automatizável e extensível encaixa especialmente bem nos novos workflows de engenharia assistidos por IA.
Conclusão
O OpenSees nasceu muito antes de o Python dominar a computação científica e muito antes de falarmos de agentes de inteligência artificial.
Sua origem está em uma tese de doutorado de 1997 sobre arquitetura orientada a objetos para elementos finitos.
Depois se tornou G3.
Em seguida, OpenSees.
Integrou-se ao Tcl.
Cresceu dentro do PEER.
Incorporou estruturas, geotecnia, interação solo-estrutura, computação paralela e simulação híbrida.
Sobreviveu à era NEES.
Entrou no ecossistema Python por meio do OpenSeesPy.
E quase trinta anos depois continua em desenvolvimento.
A lição mais interessante talvez não seja exclusivamente sobre engenharia estrutural.
É também uma lição de arquitetura de software.
Quando um motor científico está bem desenhado, é modular e permite que uma comunidade construa sobre ele, pode sobreviver durante décadas.
E essa é provavelmente uma das razões pelas quais o OpenSees continua sendo uma das plataformas mais importantes para simulação avançada em engenharia estrutural e sísmica.
Referências
-
McKenna, F. (1997). Object-Oriented Finite Element Programming: Frameworks for Analysis, Algorithms and Parallel Computing. Ph.D. dissertation, University of California, Berkeley.
-
McKenna, F., Fenves, G. L., & Scott, M. H. (2000). Open System for Earthquake Engineering Simulation. University of California, Berkeley.
-
Jeremić, B. (2001). Development of Geotechnical Capabilities in OpenSees. PEER Report 2001-12, Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley.
-
Mazzoni, S., McKenna, F., Scott, M. H., & Fenves, G. L. (2006). OpenSees Command Language Manual. University of California, Berkeley.
-
McKenna, F., Scott, M. H., & Fenves, G. L. (2010). “Nonlinear Finite-Element Analysis Software Architecture Using Object Composition.” Journal of Computing in Civil Engineering, 24(1), 95–107.
-
Pacific Earthquake Engineering Research Center. OpenSees.
-
OpenSees — University of California, Berkeley. opensees.berkeley.edu.
-
DesignSafe-CI. OpenSees Overview.
Avaliação e limitações
Trate as notas abaixo como contexto de avaliação, não como um cálculo ou uma verificação comprovados.
Use-o como infraestrutura aberta de elementos finitos para simulação não linear estrutural, geotécnica e sísmica. Consulte a documentação oficial para versões e instalação, e cite os artigos de materiais, elementos ou modelos específicos.