在 Blender 中使用 RFEM 和 Bullet Constraints Builder (BCB) 逐步模拟结构倒塌

介绍

在紧急情况下，城市搜救 (USaR) 的工作人员可能会面临具有挑战性的工作条件。 重要的目标是通过提供广域态势感知解决方案，以改进对被困受害者的检测和定位，并辅以预测结构失效的模拟工具，从而显着减少与城市搜索和救援 (USaR) 阶段相关的时间，例如以及整合相关行为者的业务程序和资源的整体决策支持机制。

通过使用结构极限荷载 (ELS) 方法，结构工程师能够正确地模拟、分析和可视化由地震荷载、强风荷载、爆炸荷载、动力荷载和冲击荷载等极端荷载情况引起的渐进倒塌。 工程师们还可以通过模拟各种构件的破坏并确定产生的部分或全部倒塌来估计结构对连续倒塌的脆弱性。 模型钢筋、钢筋截面和预应力细节通常被假设或忽略，可以很容易地添加到 ELS 模型中，从而显着改进模型及其结果。 可以通过考虑自动开裂、塑性铰和失效机理来计算腐蚀随时间的变化。

可以施加的荷载基本上是无限的，并且可以通过分段加载的多灾种方法进行排序，以模拟地震、火灾、爆炸、冲击、海啸、强风和逐渐倒塌等重复或连锁事件。 ELS 可以精确地模拟和分析使用炸药、破坏球、推拉或手动解构的拆除方案。

一种新的分析方法称为应用单元法 (AEM)，它结合了离散元法和有限元法 (DEM) 的元素。 简单地说，AEM 可以自动完成从单元分离到坍塌和碎片预测的建模过程。 相比之下，有限元法可以精确到单元分离，而DEM可以在单元分离时使用。 经过 20 多年的不断研究和开发，AEM 已被证明是唯一可以跟踪结构在所有加载阶段的倒塌行为的方法，包括弹性、弱拉材料中裂缝的萌生和扩展、钢筋屈服、单元分离、单元碰撞（接触）以及与地面和附近结构的碰撞[1].

使用 RFEM 6 和 Blender 和 Bullet Constraints Builder 的目的是基于物理属性的真实数据获得模型倒塌的图形表示。 RFEM 6 是仿真的几何图形和数据源。 这也是为什么我们的软件保持所谓的 BIM Open 的重要性，以便实现跨软件领域的协作。

实施

第 1 步：RFEM 建模

这里有一个可用的 RFEM 6 模型（a 钢筒仓结构 3D ) 被认为是倒塌模拟的工况。 在当前截面中，我们需要定义结构的几何形状、材料属性和边界条件（结构支座），如图 1 所示。

图 1: 筒仓 RFEM 模型

在下一步中，需要从 RFEM 中导出 IFC 格式，然后将其导入到 Blender 中（图 2）。

图 2： 从 RFEM 导出 IFC 格式

第 2 步：BCB 混合器建模

1)下载并安装 Blender 软件版本 3.5 或 Blender 软件版本 2.79 .

2)下载并安装 Blender 2.79 版的项目符号约束生成器 （图 3）。

图 3： Blender 的 Bullet 约束生成器

3)下载并安装 BlenderBIM 模块 激活 .IFC 格式导入到 Blender v. 3.5（图3）。 只有在 Blender 的设置中激活 BIM 模块后，才能选择导入 IFC 模型格式（图 4）。

图 4： 在 Blender 中激活 BIM 模块

图 5： 将 .IFC 格式导入 Blender

4)从 Blender v 中将模型导出为 .OBJ 格式。 3.5 并导入到 Blender v. 2.79（图 6）。

图 6: 在 Blender v. 中将模型导出为 .OBJ 格式。 3.5

5)将模型的单元划分为“组”，并按类型划分-梁、板、基础等。 对于这些组，您可以在表格和单元组列表中添加属性（图 7）。 也可以使用表格中基本材料类型的预设值来设置各个组的参数，例如钢筋混凝土结构和钢结构（图 8）。

图 7: 在 BCB Blender 中对模型单元进行分类

图 8: 单元组列表 (BCB) 中的材料预设

6)要设置组，请务必将表中的组命名为与在 Blender 模型中创建的组的名称相同（图 9）。

图 9: 在 BCB Blender 中设置组

7)以下是图 10 中设置的梁的信息。

图 10: 设置梁信息

8)面信息如图11所示。

图 11: 设置面信息

9)假设的边界条件（支座）和基础信息如图 12 所示。

图 12: 设置支座和基础信息

10)这里，关于圆形部分的信息如图 13 所示。

图 13: 设置圆形零件信息

11)此外，一般设置信息如图 14 所示。

图 14: 常规设置信息

12)下载 地震时程模式 并引入 BCB Blender 2.79，如图 15 所示。

图 15: 定义地震荷载

13)在离散截面中，最小尺寸限制值定义为 1.50（图 16）。

图 16: 最小尺寸限值

14)为确保预处理工具包含在自动模式下，请确保在预处理工具的标题中勾选“自动运行”选项。 这将使预处理工具成为自动模式的一部分（图 17）。

图 17: 自动运行模式

15)建议您先保存单元配置，然后再从该阶段继续操作，如图 8 所示。 每次打开 Blend 文件时，都可以重新加载设置（图 18）。

图 18: 保存配置数据

16)可以通过系统控制台窗口（图 19）监控模拟的进度，该窗口应始终保持打开状态。 系统监视器还可以用于在进行故障排除时收集有用的数据，然后按键盘上的“A”键选择完整的模型。

图 19: 打开系统控制台窗口

17)之后，您需要点击 Build（图 20），然后在运行仿真之前自动运行 Pre-processing 工具。

图 20: 使用 FM 进行搭建和模拟

18)最后折叠后的模型如图 21 所示。 对于最终渲染，您可以再次使用最新版本的 Blender。 在这篇文章的下方，您将看到我们在 Blender 2.79 中的最终文件以及在 Blender 3.5 中设置最终动画渲染的文件。

图 21: 地震造成的倒塌阶段 | 在 Blender 3.5 中渲染。

概述总结

在当前的知识库文章中，我们已经介绍了如何使用 RFEM 6 和 Blender 以及 Bullet Constraints Builder 模块，基于物理属性的真实数据获得模型倒塌的图形表示。 RFEM 6 是仿真的几何图形和数据源。 这也是为什么我们的软件保持所谓的 BIM Open 的重要性，以便实现跨软件领域的协作。