Případová studie
V tomto příkladu budeme počítat průměrné hodnoty sil pro mostní průřez, takové, které se používají pro konstrukční průřezy při návrhu podle WTG-Merkblatt-M3.
Podle obrázku 2.2 v WTG-Merkblatt-M3 je tento příklad klasifikován jako skupina 1.
- G2: Absolutní hodnoty se středními požadavky na přesnost. Oblast použití může zahrnovat parametry nebo předběžné studie, pokud jsou plánována pozdější zkoumání s vyšší přesností (např. zkouška v aerodynamickém tunelu třídy G3).
- R2: Ojedinělý, všechny relevantní směry větru s dostatečně jemným směrovým rozlišením.
- Z1: Statistické střední hodnoty, za předpokladu, že se týkají stacionárních proudových procesů, kde kolísání (např. v důsledku turbulence nabíhajícího proudění) mohou být dostatečně zachycena jinými opatřeními.
- S1: Statické účinky. Stačí reprezentovat konstrukční model s nezbytnými mechanickými detaily, ale bez vlastností hmoty a tlumení.
Rozměry příkladu jsou znázorněny na obrázku 1 a vstupní předpoklady jsou uvedeny v tabulce 1:
Tabulka 1: Vstupní data ověřovacího příkladu mostního průřezu
| Model | Mostní průřez |
|---|---|
| Základní rychlost větru | V = 30 m/s |
| Hustota vzduchu | ρ = 1,225 kg/m³ |
| Řešič | Tlakově založený (Pressure-Based) |
| Model turbulence | Stacionární k-ω SST |
| Typ profilu rychlosti větru | Konstantní po výšce |
| Intenzita turbulence | 27 % |
| Numerický algoritmus | Algoritmus SIMPLE |
| Diskretizace | Druhého řádu |
| Reziduum tlaku | 10⁻⁴ |
| Kinematická viskozita | ν = 1,5 × 10⁻⁵ |
Obrázek 2 ukazuje studii citlivosti sítě (mesh sensitivity study) v RWIND Pro pro mostní průřez. Součinitel síly 𝐶𝑓
mírně klesá z 0,94 při 10% hustotě sítě na 0,90 při 25% hustotě, poté okrajově vzroste na 0,92 při 35% hustotě. Ačkoli dochází k malému kolísání, odchylka zůstává v přijatelné toleranci, což naznačuje, že výsledky jsou dostatečně stabilní pro praktické inženýrské použití.
Také je třeba provést studii výpočetní sítě podle následujícího odkazu:
V tomto příkladu porovnáme průměrnou hodnotu síly větru ve směru x mezi EN 1991-1-4 a RWIND. Součinitel síly cfx,o pro mostní průřezy lze získat pomocí obrázku 8.3 v EN 1991-1-4:
Síla ve směru X – Zjednodušená metoda
Pokud bylo vyhodnoceno, že postup dynamické odezvy není nutný, lze sílu větru ve směru x získat pomocí výrazu (8.2) v EN 1991-1-4:
vb=30 m/s je základní rychlost větru
C je součinitel zatížení větrem. C=ce⋅cf,x=1,425×1,3=1,85 , kde ce je součinitel expozice uvedený v 4.5 a cf,x je uveden v 8.3.1(1)
Aref,x=5 m2 je referenční plocha uvedená v 8.3.1
ρ=1,225 kg/m3 je hustota vzduchu
WTG-Merkblatt M3 poskytuje dvě klíčové metody pro ověření výsledků simulace. Metoda Hit Rate vyhodnocuje, kolik simulovaných hodnot Pi správně odpovídá referenčním hodnotám Oi v rámci definované tolerance, s použitím binárního klasifikačního přístupu (zásah nebo minutí). Tento přístup hodnotí spolehlivost simulace výpočtem míry zásahů q, podobně jako funkce spolehlivosti používané v teorii spolehlivosti. Naproti tomu metoda normalizované střední kvadratické chyby (e2) nabízí podrobnější posouzení přesnosti tím, že kvantifikuje průměrnou kvadrátovou odchylku mezi simulovanými a referenčními hodnotami, normalizovanou tak, aby zohlednila rozdíly v měřítku. Společně tyto metody poskytují jak kvalitativní, tak kvantitativní měřítka pro validaci simulace.
Výsledky síly v RWIND a porovnání s Eurokódem
V RWIND jsou výsledky celkových sil větru k dispozici na kartě Info v modelu Upravit, jak je znázorněno na obrázcích 3 a 4. Rozdíl mezi scénářem kritického směru větru RWIND (θ=0°) a Eurokódem je asi Wrel = 5,36 % (nižší než uvedené kritérium v WTG = 10 %); pak lze míru zásahů získat jako q=100 %, což ukazuje dobrou shodu. Nízká normalizovaná střední kvadratická chyba e2=0,002 také potvrzuje silnou shodu mezi simulací a měřeními a účinně splňuje validační normy.
