Symulacja zawalenia się konstrukcji za pomocą RFEM i Bullet Constraints Builder (BCB) w Blenderze – krok po kroku

Wstęp

Sytuacje awaryjne mogą tworzyć wymagające warunki pracy dla pracowników Miejskiej Akcji Ratowniczej (USaR). Ważnym celem jest osiągnięcie istotnego skrócenia czasu w odniesieniu do fazy USaR poprzez dostarczenie rozwiązań zapewniających świadomość sytuacyjną na dużą skalę dla lepszego wykrywania i lokalizowania uwięzionych ofiar, wspomaganych narzędziami symulacyjnymi do przewidywania awarii strukturalnych, a także holistycznym mechanizmem wspomagania decyzji, który uwzględnia procedury operacyjne i zasoby odpowiednich podmiotów.

Korzystając z podejścia Extreme Loading for Structures (ELS), inżynierowie budowlani są w stanie prawidłowo symulować, analizować i wizualizować stopniowe zawalenie spowodowane ekstremalnymi sytuacjami obciążeniowymi, takimi jak obciążenia sejsmiczne, silne wiatry, obciążenia wybuchowe, dynamiczne czy udarowe. Inżynierowie mogą również oszacować podatność struktury na postępujące zawalenie poprzez symulację awarii różnych elementów i określenie, czy wynikłe zawalenie będzie częściowe czy pełne. Modelowanie zbrojenia, przekroje stalowe i szczegóły sprężania, które zazwyczaj są założone lub pomijane, mogą łatwo zostać dodane do modelu ELS, znacząco poprawiając model i jego wyniki. Efekty korozji w czasie mogą być wdrażane za pomocą automatycznego pękania, zawiasów plastycznych i mechanizmów awarii.

Obciążenia, jakie mogą zostać zastosowane, są praktycznie nieograniczone i mogą być sekwencjonowane w podejściu wielohazardowym z etapowym obciążeniem, aby symulować powtarzające się zdarzenia lub łańcuch zdarzeń, takich jak trzęsienia ziemi, pożar, wybuch, uderzenie, tsunami, silne wiatry i stopniowe zawalenie. ELS może dostarczyć precyzyjnej symulacji i analizy proponowanych planów wyburzenia, wykorzystując materiały wybuchowe, kulę wyburzeniową, siły pchające lub ciągnące, czy ręczną rozbiórkę.

Nowa metoda analizy nazywana Metodą Elementów Stosowanych (AEM) łączy elementy Metody Elementów Dyskretnych (DEM) z Metodą Elementów Skończonych (FEM). Mówiąc prosto, AEM jest w stanie modelować automatycznie od separacji elementów do zawalenia i przewidywania gruzu. W przeciwieństwie do tego, FEM może być dokładny do momentu separacji elementów, a DEM może być stosowany, gdy elementy są oddzielone. Ponad dwie dekady ciągłych badań i rozwoju wykazały, że AEM jest jedyną metodologią, która może śledzić zachowanie się zawalającej struktury we wszystkich etapach obciążenia, w tym elastyczność, inicjację i propagację pęknięć w materiałach słabo odpornych na rozciąganie, plastyczne zginanie wzmocnienia, separację elementów, kolizję elementów (kontakt), oraz kolizję z ziemią i sąsiednimi strukturami [1].

Celem zastosowania RFEM 6 i Blendera z dodatkiem Bullet Constraints Builder jest uzyskanie graficznej reprezentacji zawalenia modelu na podstawie rzeczywistych danych o właściwościach fizycznych. RFEM 6 służy jako źródło geometrii i danych do symulacji. To kolejny przykład tego, dlaczego ważne jest utrzymanie naszych programów jako BIM Open, aby osiągnąć współpracę między domenami oprogramowania.

Implementacja

Krok 1: Modelowanie RFEM

Tutaj dostępny model RFEM 6 ( Stalowa konstrukcja silosu 3D ) jest rozważany jako studium przypadków dla symulacji zawalenia. W obecnym rozdziale musimy zdefiniować geometrię strukturalną, właściwości materiałowe i warunki brzegowe (podpory strukturalne), które są pokazane na Obrazku 1.

1 Model RFEM silosu

Na następnym etapie format IFC musi zostać wyeksportowany z RFEM i zaimportowany do Blendera (Obrazek 2).

2 Eksport formatu IFC z programu RFEM

Krok 2: Modelowanie BCB Blender

1. Pobierz i zainstaluj Blender Software w wersji 3.5 i Wersja oprogramowania Blendera 2.79 .
2. Pobierz i zainstaluj Bullet Constraints Builder dla Blender w wersji 2.79 (Obrazek 3).
   

   3 Budowniczy Ograniczeń Bullet dla Blendera
3. Pobierz i zainstaluj Rozszerzenie BlenderBIM aby aktywować import formatu .IFC do Blendera v. 3.5 (Obrazek 3). Opcja importu formatu modeli IFC jest dostępna tylko po aktywowaniu dodatku BIM w ustawieniach Blendera (Obrazek 4).
   

   4 Aktywacja dodatku BIM w Blenderze
   

   5 Importowanie formatu .IFC do programu Blender
4. Eksportuj model w formacie .OBJ z Blendera v. 3.5 i zaimportuj do Blendera v. 2.79 (Obrazek 6).
   

   6 Eksport modelu jako formatu .OBJ w programie Blender v. 3.5
5. Klasyfikacja elementów modeli na "grupy" i podział ich według typu - belki, płyty, fundamenty itp. Dla tych grup można dodać właściwości w tabeli i na liście grup elementów (Obrazek 7). Aby ustawić parametry dla poszczególnych grup, można również użyć wartości predefiniowanych dla podstawowych typów materiałów w tabeli, takich jak dla żelbetowych i stalowych struktur (Obrazek 8).
   

   7 Klasyfikacja elementów modeli w programie BCB Blender
   

   8 Wstępne ustawienia materiałów na liście grup elementów (BCB)
6. Aby skonfigurować grupy, ważne jest, aby grupy w tabeli były nazwane tak samo jak grupy utworzone w modelu Blender (Obrazek 9).
   

   9 Konfigurowanie grup w programie BCB Blender
7. Tutaj znajduje się informacja dla grup belkowych pokazanych na Obrazku 10.
   

   10 Konfigurowanie informacji o belce
8. Informacje o powierzchni są pokazane na Obrazku 11.
   

   11 Konfigurowanie informacji o powierzchni
9. Zakładane warunki brzegowe (podpora) i informacje o fundamentach są pokazane na Obrazku 12.
   

   12 Konfigurowanie informacji o podporach i fundamentach
10. Tutaj pokazano informacje o części kołowej na Obrazku 13.
    

    13 Konfigurowanie informacji o częściach okrągłych
11. Ponadto ogólne informacje ustawień są ilustrowane na Obrazku 14.
    

    14 Informacje o ustawieniach globalnych
12. Pobierz Schemat historii trzęsień ziemi i wprowadź do Blender BCB 2.79, jak pokazano na Obrazku 15.
    

    15 Definiowanie obciążenia sejsmicznego
13. Wartość Minimum Size Limit jest określona jako 1.50 w sekcji dyskretnej (Obrazek 16).
    

    16 Wartość graniczna minimalnego rozmiaru
14. Aby upewnić się, że Narzędzia przetwarzania wstępnego są zawarte w trybie automatycznym, upewnij się, że zaznaczone jest pole "Run On Automatic Mode" w nagłówku Narzędzi przetwarzania wstępnego. To sprawi, że Narzędzia przetwarzania wstępnego będą częścią trybu automatycznego (Obrazek 17).
    

    17 Uruchamianie trybu automatycznego
15. Zaleca się zapisanie konfiguracji elementów przed przejściem do kolejnego etapu, jak pokazano na Obrazku 8. Za każdym razem, gdy plik Blend zostanie otwarty, można teraz ponownie załadować ustawienia (Obrazek 18).
    

    18 Zapisywanie danych konfiguracyjnych
16. Postęp symulacji można monitorować przez okno konsoli systemowej (Obrazek 19), które powinno być otwarte przez cały czas. Monitor systemowy można również używać do zbierania pomocnych danych podczas rozwiązywania problemów, a następnie naciśnij klawisz "A" na klawiaturze, aby wybrać cały model.
    

    19 Otwieranie okna konsoli systemowej
17. Następnie należy nacisnąć przycisk Build (Obrazek 20), co automatycznie uruchomi narzędzia przetwarzania wstępnego przed uruchomieniem symulacji.
    

    20 Budowa i symulacja za pomocą FM
18. I wreszcie, model po zawaleniu jest pokazany na Obrazku 21. Dla ostatecznego renderu można ponownie użyć najnowszej wersji Blendera. Pod tym artykułem znajdziesz demonstrację zarówno naszego ostatecznego pliku z zawaleniem w Blender 2.79, jak i pliku z ustawieniami do ostatecznego renderowania animacji w Blender 3.5.

21 Etapy zniszczenia na skutek trzęsienia ziemi | Renderowanie w programie Blender 3.5

Wniosek

W obecnym artykule bazy wiedzy opisaliśmy cel użycia RFEM 6 i Blendera z dodatkiem Bullet Constraints Builder, aby uzyskać graficzną reprezentację zawalenia modelu na podstawie rzeczywistych danych o właściwościach fizycznych. RFEM 6 służy jako źródło geometrii i danych do symulacji. To kolejny przykład tego, dlaczego ważne jest, aby nasze programy pozostawały jako BIM Open, aby osiągnąć współpracę między domenami oprogramowania.