基于有限元和虚拟现实的框架结构倒塌场景再现技术研究.pdf

《基于有限元和虚拟现实的框架结构倒塌场景再现技术研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第42卷第6期建筑技术开发Vo1．42．No．62015年6月BuildingTechniqueDevelopmentJun．2015基于有限元和虚拟现实的框架结构倒塌场景再现技术研究刘欢，宋佳，左勇志，李战国，章涛(1．北京工业大学建筑与土木工程学院，北京100022；2．北京建工集团有限责任公司博士后科研工作站，北京100055；3．北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京100039)[摘要]研究了有限元技术与虚拟现实技术的结合方法，在有限元软件ABAQUS中完成了对某框架结构的倒、塌分析，以此有限元分析结果为数据基

2、础，在图形引擎OpenSceneGraph(OSG)l中制作出场景动画，并与有限元分析结果相比基本一致，为后续实现更具真实感的动画效果铺平了道路，为建筑结构场景仿真的进一步研究提供参考。[关键词]有限元；OSG；倒塌；可视化[中图分类号]TU378．4[文献标志码]A[文章编号]1001—523)((2015)06--0069-04THESTUDYoFRENDERINGTECHNIQUEBASEDoNTHEFINITEELEMENTANDVIRTUALREALITYFoRTHESCENESoFCoLLAPSEoFFRAM

3、ESTRUCTURELiuHuan，SongJia，．ZuoYong-zhi，LiZhan-guo，ZhangTaorAbstraet]Thispaperdescribedamethodtocombinethefiniteelementtechniquewiththevirtualrealitytechnology．Firstly,theanalysisofthecolapseofaflamestructurewascompletedwiththefiniteelementSOftwareABAQUS．Thenbased

4、onthedatafromtheresultsoffiniteelementanalysis．animatedscenewascreatedinthegraphicsengineOpenSceneGraph(OSG)．Finallyitcomparedwiththeresultsoffiniteelementanalysisandshowedgreatagreement．ThismethodpavestheWayforthesubsequentimplementationofmorerealisticanimatione

5、ffects，andprovidesareferenceforfurtherresearchofscenesimulationofbuildingstructure．rKeywords~finiteelement；OSG：collapse；visualization近几年来，国内外发生了多起楼房倒塌事故，差，而且无法设置周边环境等信息，导致整个事如何科学准确地对工程事故进行鉴定分析，是工故现场场景缺乏真实感，不利于非专业人士的理程师面临的重要任务。2001年，陆新征等使用有解。虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算限元技

6、术模拟了世贸大楼被撞击至倒塌的过程[1】。机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学2008年，MeryTsai和BinghuiLin利用有限元软件技术，能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环SAP2000分析了一幢11层钢筋混凝土结构的抗连境，增加结构倒塌场景的真实感，使用户具有身续性倒塌能力，并得到了结构的非线性响应[2]。临其境的沉浸感，有助于理解和结果展示。但结构倒塌有限元模拟的专业性较强，视觉效果目前，有限元与虚拟现实的结合在虚拟制造和虚拟医学手术等领域更多是侧重于提高人机收稿日期：2015-05-一12交互性能

7、p】，在建筑结构领域，李道中研究了虚作者简介：刘欢(1989一)，女，山东济宁人，e—mailhuanhuan198997@emails．bjut．edu．an。拟现实环境中有限元前后处理功能，将虚拟现实69第6期刘欢，等：基于有限元和虚拟现实的框架结构倒塌场景再现技术研究第42卷技术应用于有限元前、后处理系统中与图形显示有关的模块，来展现有限元计算结果；Igor等人研究了实时虚拟环境下弹性体的模拟，提升了具有大量结点的有限元模型的渲染效率[5】。许镇等人基于有限元软件MSC．Marc进行了桥梁垮塌力学分析，结合虚拟现实

8、技术实现了桥梁垮塌场景的模拟[6】。以上研究侧重于提高人机交互性能、图1ABAQUS中的框架结构有限元模型渲染效率等，或用于桥梁垮塌场景的重现，但在在结果文件中1代表生，0代表死。具有真实感的房屋倒塌模拟方面尚未涉足。本文利用有限元软件ABAQUS对某框架结构的倒塌根据ABAQUS的结果文件，对结构在OSG行为进行数