使用 RFEM 和 Blender 中的 Bullet Constraints Builder (BCB) 步步模拟结构倒塌

简介

紧急情况可能会给城市搜索与救援（USaR）工作者带来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来显著缩短 USaR 阶段的时间，以改进被困受害者的检测和定位，辅以预测结构故障的模拟工具，以及一个综合的决策支持机制，涵盖相关参与者的操作程序和资源。

通过使用极限荷载模拟（ELS）方法，结构工程师能够准确地模拟、分析和可视化由地震荷载、强风、爆炸荷载、动荷载和冲击荷载等极限荷载情况引起的渐进塌陷。工程师还可以通过模拟各种组件的失效来估算结构对渐进塌陷的易损性，并确定随后的塌陷是部分还是完全的。通常假设或忽略的模型增强、钢截面和预应力细节，可以轻松地添加到 ELS 模型中，显著提高模型及其结果。可以利用自动裂纹、塑性铰链和失效机制来考虑时间对腐蚀的影响。

可以应用的荷载基本上是无限的，并可通过分阶段加载的多灾害方法进行排序，以模拟重复事件或一系列事件，如地震、火灾、爆炸、冲击、海啸、强风和渐进坍塌。ELS 可以通过使用炸药、破坏球、推拉力或手动拆除提供对计划拆除的精确模拟和分析。

一种称为应用元件法（AEM）的新分析方法结合了离散元法（DEM）和有限元法的元素。简单地说，AEM 能够从元素分离建模到自动崩溃和碎片预测。相比之下，FEM 可以在元素分离前是准确的，而元素分离后可以使用 DEM。经过二十多年的持续研究与开发，AEM 已被证明是唯一能够在所有加载阶段（包括弹性、在弱材料中裂缝的初始和传播、增强屈服、元素分离、元素碰撞（接触）以及与地和附近结构的碰撞）跟踪结构崩溃行为的方法 [1]。

使用 RFEM 6 和 Blender 搭配 Bullet Constraints Builder 插件的目标是根据物理属性的真实数据获得模型坍塌的图形表示。RFEM 6 作为模拟的几何和数据来源。这是另一个强调为何保持我们程序作为 BIM 开放的重要性，以实现跨软件领域合作的例子。

实施

步骤 1：RFEM 建模

在此，将当前的 RFEM 6 模型（ 3D 筒仓钢板结构 ）作为坍塌模拟的案例研究。在当前部分，我们需要定义结构几何、材料属性和边界条件（结构支撑），如图 1 所示。

1 料仓的 RFEM 模型

在下一阶段，需要将 IFC 格式从 RFEM 导出并导入 Blender（图 2）。

2 从 RFEM 导出 IFC 格式

步骤 2：BCB Blender 建模

1. 下载并安装 Blender 软件版本 3.5 和 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）。
   

   3 Blender 子弹约束生成器
3. 下载并安装 BlenderBIM 模块 以激活.Blender v. 3.5 的 IFC 格式导入（图 3）。仅在 Blender 设置中激活 BIM 插件后，才可使用导入 IFC 模型格式的选项（图 4）。
   

   4 激活Blender中的BIM附加组件
   

   5 将.IFC格式导入Blender
4. 以.OBJ 格式从 Blender v. 3.5 导出模型并导入到 Blender v. 2.79（图 6）。
   

   6 在Blender v. 3.5中以 .OBJ 格式导出模型
5. 将模型元素分类为“组”，并按类型划分——梁、板、基础等等。对于这些组，可以在表和元件组列表中添加属性（图 7）。为了设置个别组的参数，可以使用表中基本材料类型的预设值，例如钢筋混凝土和钢结构（图 8）。
   

   7 BCB Blender模型元素分类
   

   8 构件组列表中的材料预设 (BCB)
6. 要设置这些组，表中的组名必须与 Blender 模型中创建的组名相同（图 9）。
   

   9 在BCB Blender中设置组
7. 下面是图 10 中的梁设置信息。
   

   10 设置梁信息
8. 图 11 显示了表面信息。
   

   11 设置表面信息
9. 图 12 显示了假定的边界条件（支撑）和基础信息。
   

   12 设置支撑和基础信息
10. 图 13 显示了圆形部分的信息。
    

    13 设置圆形部件信息
11. 图 14 中说明了一般设置信息。
    

    14 常规设置信息
12. 下载 地震时程模式 并按照图 15 所示引入到 BCB Blender 2.79。
    

    15 定义地震荷载
13. 在离散部分将最小尺寸限制值定义为 1.50（图 16）。
    

    16 最小尺寸限制值
14. 确保在自动模式下包含预处理工具，请确保在预处理工具标题中勾选“运行自动模式”框。这将使预处理工具成为自动模式的一部分（图 17）。
    

    17 自动模式运行
15. 建议您在从此阶段进行下一步之前保存元素配置，如图 8 所示。每次打开 Blend 文件时，现在都可以重新加载设置（图 18）。
    

    18 保存配置数据
16. 可通过系统控制台窗口监控模拟的进度（图 19），该窗口应始终保持打开。系统监视器也可用于在故障排除时收集有用数据，然后按键盘上的“A”键选择完整模型。
    

    19 打开系统控制台窗口
17. 之后，你需要按下 Build（图 20），这将自动运行预处理工具，然后再运行模拟。
    

    20 使用FM进行构建与模拟
18. 最后，已坍塌的模型如图 21 所示。对于最终渲染，可以再次使用最新版本的 Blender。在本篇文章下方，你会发现我们最终文件在 Blender 2.79 中的坍塌演示，以及 Blender 3.5 中最终动画渲染的文件设置。

21 地震造成的崩溃阶段 | Blender 3.5 渲染

结论

在当前知识库文章中，我们描述了使用 RFEM 6 和 Blender 搭配 Bullet Constraints Builder 插件的目标，以根据物理属性的真实数据获得模型坍塌的图形表示。RFEM 6 作为模拟的几何和数据来源。这是另一个强调为何保持我们程序作为 BIM 开放的重要性，以实现跨软件领域合作的例子。