RFEM i RSTAB mají rozhraní pro export modelů do programu RWIND, kde lze vítr (z hlediska rychlosti a turbulence) definovat v tabulce nebo ještě praktičtěji na základě vybrané normy pro zatížení větrem.
Při ručním spuštění programu RWIND není zapotřebí žádné rozhraní v programu RFEM nebo RSTAB a přímo v programu RWIND lze zadat zatížení větrem v závislosti na výšce a další údaje z oblasti mechaniky proudění. Kromě toho lze přímo modelovat konstrukce a prostředí terénu pomocí souborů VTP, STL, OBJ a IFC.
V tomto článku bude předvedeno generování zatížení větrem v programu RWIND 2 doplňujícím program RFEM 6 pro kompletní statickou analýzu.
Praktický příklad
Konstrukce v našem příkladu je membránová střecha stadionu znázorněná na obrázku 1. Předpokládejme, že konstrukce již byla namodelována v programu RFEM 6 a zatěžovací stavy pro stálé zatížení, předpětí a užitná zatížení byly definovány; pak by měl být vytvořen samostatný zatěžovací stav pro zatížení větrem.
Musíme zdůraznit, že pokud se používá form-finding, musí se při analýze větru uvažovat konečný tvar jako počáteční stav. Vyhnete se tak nesprávným geometriím ploch ve větrném tunelu.
Nejdříve zkontrolujte, zda byla v základních údajích modelu aktivována Simulace větru v sekci addonů pro speciální řešení (obrázek 2). To vám umožní vybrat typ analýzy pro zatížení větrem Simulaci větru, viz obrázek 3.
Nyní jsou k dispozici dvě nové záložky. V záložce Simulace větru (obrázek 4) je možné použít model pro simulaci větru v numerickém větrném tunelu, kde je proudící médium definováno nastavením analýzy pro simulaci větru, směrem větru okolo osy Z (ve směru hodinových ručiček), odsazením terénu a samotným profilem větru. Profil větru můžete zvolit podle vybrané normy nebo ho můžete zadat sami, jako na obrázku 5.
Chcete-li definovat nastavení analýzy pro simulaci větru, můžete vybrat ikonu "Vytvořit nové nastavení analýzy pro simulaci větru", jak je znázorněno na obrázku 4, a zadat parametry proudění, výpočtu a další možnosti (viz obrázek 6).
Rozměry větrného tunelu se automaticky stanoví podle vybrané normy. Jsou zobrazeny v záložce Větrný tunel, jak je znázorněno na obrázku 7.
Když jsou zadány vstupní údaje nastavení analýzy pro simulaci větru a větrného tunelu, lze spustit výpočet zatížení větrem. Je třeba učinit dva kroky, které popíšeme v následujícím odstavci.
Nejdříve se na pozadí spustí dávkový proces, který umístí model do numerického větrného tunelu v programu RWIND. Následně se spustí CFD analýza a po skončení simulace se výsledné tlaky působící na povrch pro zvolený časový krok vrátí do příslušných zatěžovacích stavů programu RFEM nebo RSTAB jako zatížení v uzlech sítě prvků nebo zatížení na pruty.
Samotnou simulaci větru můžete také spustit pomocí ikony "Spočítat simulaci větru", která je znázorněna na obrázku 4.
Výpočet a výsledky
Jak jsme již zmínili, program RWIND používá numerický model CFD pro simulaci proudění vzduchu okolo objektů pomocí digitálního větrného tunelu. Simulační proces je založen na 3D síti konečných objemů a na základě výsledků proudění okolo modelu stanoví specifická zatížení větrem působící na plochy modelu.
Proudění větru lze vypočítat pomocí programového balíčku Basic (RWIND Basic) nebo Pro (RWIND Pro). První poskytuje stacionární řešič, zatímco druhý poskytuje jak stacionární i nestacionární řešič. Balíček programu Basic obsahuje modely turbulence RAS k-ω a RAS k-ε, zatímco model turbulence LES SpalartAllmarasDDES je součástí programového balíčku Pro (RWIND Pro).
Program tak simuluje proudění větru stanovením tlakového pole, rychlostního pole a pole turbulence okolo geometrie konstrukce a také vektorů rychlostí a proudnic tamtéž. Vypočítá se také plošný tlak a součinitele Cp plochy (obrázek 8).
Výše uvedené výsledky lze graficky zobrazit pro volně definovatelné zóny (pomocí obrázků i videí). Pro lepší vyhodnocení nabízí program RWIND Basic volně posuvné roviny řezu pro zobrazení jednotlivých „objemových výsledků“ v jednotlivých rovinách (obrázky 9, 10 a 11).
Pro výsledné 3D rozvětvené proudnice je kromě statického zobrazení k dispozici také animované zobrazení ve formě pohyblivých liniových segmentů nebo částic, což umožňuje znázornit proudění větru jako dynamický efekt. Kromě toho můžete výsledky exportovat jako obrázek nebo video (zejména pro animované výsledky).
Jakmile se dokončí CFD analýza, výsledné tlaky působící na povrch pro zvolený časový krok se přenesou do příslušných zatěžovacích stavů programu RFEM (nebo RSTAB) jako zatížení v uzlech sítě prvků nebo zatížení na pruty. Pak se provede výpočet těchto zatěžovacích stavů a výsledkem jsou vnitřní síly, deformace, napětí atd., jak je znázorněno na obrázku 12.
Tímto způsobem lze zatěžovací stavy, které obsahují zatížení větrem vygenerované v programu RWIND, kombinovat s jinými zatíženími do kombinací zatížení a výsledků a použít je pro další analýzu a posouzení.
.png?mw=350&hash=e3f5898d72f463e9b3e774659aabcb220466c522)
.jpg?mw=350&hash=196d91410dd36f58fcc8b0194f4577bb70cf53c3)
