Einführung
Notfallsituationen können herausfordernde Arbeitsbedingungen für Urban Search and Rescue (USaR)-Mitarbeiter schaffen. Das wichtige Ziel ist es, eine signifikante Zeitreduktion in Bezug auf die USaR-Phase zu erreichen, indem weiträumige Situationsbewusstseinslösungen für eine verbesserte Erkennung und Lokalisierung eingeschlossener Opfer bereitgestellt werden, unterstützt durch Simulationswerkzeuge zur Vorhersage von Strukturversagen sowie einen ganzheitlichen Entscheidungsunterstützungsmechanismus, der die Betriebsverfahren und Ressourcen relevanter Akteure einbezieht.
Durch den Einsatz des Extreme Loading for Structures (ELS)-Ansatzes sind Bauingenieure in der Lage, den progressiven Kollaps, der durch Extremlastsituationen wie Erdbebenlasten, starke Winde, Explosionslasten, dynamische Lasten und Stoßlasten verursacht wird, korrekt zu simulieren, zu analysieren und zu visualisieren. Ingenieure können auch die Anfälligkeit einer Struktur für den progressiven Kollaps abschätzen, indem sie das Versagen verschiedener Komponenten simulieren und feststellen, ob der resultierende Kollaps teilweise oder vollständig sein wird. Modellarmierung, Stahlquerschnitte und Vorspannungsdetails, die typischerweise angenommen oder ignoriert werden, können leicht dem ELS-Modell hinzugefügt werden und das Modell und seine Ergebnisse signifikant verbessern. Korrosionseffekte über die Zeit können durch automatische Rissbildung, plastische Gelenke und Versagensmechanismen berücksichtigt werden.
Die Lasten, die angewendet werden können, sind im Wesentlichen grenzenlos und können in einem Multi-Gefahren-Ansatz mit gestuftem Laden sequenziert werden, um wiederholte Ereignisse oder eine Ereigniskette wie Erdbeben, Feuer, Explosion, Aufprall, Tsunami, starken Wind und allmählichen Kollaps zu simulieren. ELS kann eine präzise Simulation und Analyse vorgeschlagener Abrisspläne mit Sprengstoffen, Abrissbirne, Schub- oder Zugkraft oder manueller Dekonstruktion liefern.
Eine neue Analysemethode namens Applied Element Method (AEM) kombiniert Elemente der Diskreten-Element-Methode (DEM) mit der Finite-Elemente-Methode. Einfach ausgedrückt ist AEM in der Lage, von der Elementtrennung bis zum Kollaps und der Trümmerprognose automatisch zu modellieren. Im Gegensatz dazu kann FEM bis zur Elementtrennung genau sein, und DEM kann eingesetzt werden, während Elemente getrennt sind. Über mehr als zwei Jahrzehnte kontinuierlicher Forschung und Entwicklung hat sich gezeigt, dass AEM die einzige Methodik ist, die das Kollapsverhalten von Strukturen durch alle Belastungsphasen verfolgen kann, einschließlich elastisch, Rissauslösung und -ausbreitung in zugschwachen Materialien, Verstärkungsstrecken, Elementtrennung, Elementkollision (Kontakt) und Kollision mit dem Boden und in der Nähe befindlichen Strukturen [1].
Das Ziel der Verwendung von RFEM 6 und Blender mit dem Bullet Constraints Builder Add-on ist es, eine grafische Darstellung des Kollapses eines Modells basierend auf realen Daten der physikalischen Eigenschaften zu erhalten. RFEM 6 dient als Quelle für Geometrie und Daten für die Simulation. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, warum es wichtig ist, unsere Programme als BIM Open zu halten, um Zusammenarbeit über Software-Domänen hinweg zu erreichen.
Implementierung
Schritt 1: RFEM-Modellierung
Hier wird ein verfügbares RFEM 6-Modell (ein
3D-Stahlsilokonstruktion
) als Fallstudie für die Kollapssimulation betrachtet. Im aktuellen Abschnitt müssen wir die Strukturgeometrie, Materialeigenschaften und Randbedingungen (strukturelle Unterstützungen) definieren, die in Bild 1 gezeigt sind.
Für die nächste Stufe muss das IFC-Format aus RFEM exportiert und in Blender importiert werden (Bild 2).
Schritt 2: BCB Blender-Modellierung
- Laden und installieren Sie Blender Software Version 3.5 und Blender Software Version 2.79 .
- Laden und installieren Sie Bullet Constraints Builder für Blender Version 2.79 (Bild 3).
- Laden und installieren Sie das BlenderBIM Add-on , um den Import des .IFC-Formats in Blender v. 3.5 zu aktivieren (Bild 3). Die Option zum Importieren des IFC-Modellformats ist nur verfügbar, nachdem das BIM-Add-on in den Blender-Einstellungen aktiviert wurde (Bild 4).
- Exportieren Sie das Modell als .OBJ-Format aus Blender v. 3.5 und importieren Sie es in Blender v. 2.79 (Bild 6).
- Klassifizierung der Modellelemente in "Gruppen" und Aufteilung nach Typ – Träger, Platten, Fundamente usw. Für diese Gruppen können Sie Eigenschaften in der Tabelle und der Elementgruppenliste hinzufügen (Bild 7). Um die Parameter für einzelne Gruppen festzulegen, können voreingestellte Werte für grundlegende Materialtypen in der Tabelle verwendet werden, z. B. für Stahlbeton- und Stahlkonstruktionen (Bild 8).
- Um die Gruppen einzurichten, ist es wichtig, dass die Gruppen in der Tabelle denselben Namen haben wie die in dem Blender-Modell erstellten Gruppen (Bild 9).
- Hier sind die Informationen für die Trägereinrichtung in Bild 10.
- Die Oberflächeninformationen sind in Bild 11 gezeigt.
- Die angenommenen Randbedingungen (Unterstützung) und Fundamentinformationen sind in Bild 12 dargestellt.
- Hier werden die Informationen zum kreisförmigen Teil in Bild 13 gezeigt.
- Ebenfalls werden die allgemeinen Einstellungen in Bild 14 illustriert.
- Laden Sie Earthquake Time History Pattern herunter und führen Sie es in BCB Blender 2.79 ein, wie in Bild 15 gezeigt.
- Der Minimalgrößenlimitwert wird im diskreten Abschnitt als 1,50 definiert (Bild 16).
- Gehen Sie sicher, dass die Vorverarbeitungstools im automatischen Modus enthalten sind, indem Sie das Kästchen "Im Automatikmodus ausführen" in der Kopfzeile der Vorverarbeitungstools angekreuzt lassen. Dadurch werden die Vorverarbeitungstools Teil des automatischen Modus (Bild 17).
- Es wird empfohlen, die Elementkonfiguration zu speichern, bevor Sie diesen Schritt abschließen, wie in Bild 8 gezeigt. Jedes Mal, wenn die Blender-Datei geöffnet wird, können die Einstellungen nun erneut geladen werden (Bild 18).
- Der Fortschritt der Simulation kann über das Systemkonsolenfenster überwacht werden (Bild 19), das jederzeit offen bleiben sollte. Der Systemmonitor kann ebenso verwendet werden, um hilfreiche Daten beim Troubleshooting zu sammeln, dann drücken Sie die "A"-Taste auf Ihrer Tastatur, um das gesamte Modell auszuwählen.
- Danach müssen Sie auf Build drücken (Bild 20), das automatisch die Vorverarbeitungstools ausführt, bevor die Simulation gestartet wird.
- Schließlich wird das kollabierte Modell in Bild 21 gezeigt. Für das endgültige Rendering können Sie erneut die neueste Version von Blender verwenden. Unter diesem Artikel finden Sie eine Demonstration sowohl unserer endgültigen Datei mit dem Kollaps in Blender 2.79 als auch der Datei mit den Einstellungen für das endgültige Animationsrendering in Blender 3.5.
Fazit
Im aktuellen Wissensdatenbankartikel haben wir das Ziel beschrieben, RFEM 6 und Blender mit dem Bullet Constraints Builder Add-on zu verwenden, um eine grafische Darstellung des Kollapses eines Modells basierend auf realen Daten zu den physikalischen Eigenschaften zu erhalten. RFEM 6 dient als Quelle für Geometrie und Daten für die Simulation. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, warum es wichtig ist, unsere Programme als BIM Open zu halten, um Zusammenarbeit über Software-Domänen hinweg zu erreichen.