RWIND Simulation - Windsimulation (Windkanal)

Eine umfassende Softwarelösung

„RFEM ist ein sehr intuitives Programm, das es uns ermöglicht, schnell Stahl-, Beton- und Holzkonstruktionen zu modellieren, seien sie simpel oder komplex.

Das Team des technischen Supports antwortet sehr schnell und ist sehr professionell.“

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Windlast-Generierung auf CFD-Basis für jede Modellform

RWIND Simulation ist ein eigenständiges Programm zur numerischen Simulation von Windströmungen (digitaler Windkanal) um Gebäude oder sonstige Objekte und zur Generierung der Windlasten, d. h. Kräfte, die auf diese Objekte wirken.

Dieses Programm wurde in Zusammenarbeit mit PC-Progress und CFD Support entwickelt und kann als eigenständige Anwendung oder als Ergänzung zu den Programmen RFEM und RSTAB für statische und dynamische Analysen verwendet werden.

  1. Leistungsmerkmale

    • 3D-inkompressible Windströmungsanalyse mit OpenFoam-Solvern
    • Direkte Modellübernahme von RFEM/RSTAB oder STL-Dateien
    • Einfache Modelländerung über Drag and Drop und grafische Anpassungshilfen
    • Automatische Korrekturen der Modelltopologie mit Shrink-Wrap-Vernetzungen
    • Möglichkeit, Objekte aus der Umgebung hinzuzufügen (Gebäude, Gelände, …)
    • Höhenabhängige Geschwindigkeitsprofile gemäß der Norm
    • K-Epsilon- und K-Omega-Turbulenzmodelle
    • Automatische Vernetzung angepasst an die gewählte Detailtiefe
    • Parallele Berechnung mit optimaler Ausnutzung der Leistungsfähigkeit von Multicore-Rechnern
    • Ergebnisse in wenigen Minuten für Simulationen mit geringer Auflösung (bis zu 1 Million Zellen)
    • Ergebnisse in wenigen Stunden für Simulationen mit mittlerer/hoher Auflösung (1-10 Millionen Zellen)
    • Graphische Darstellung von Ergebnissen auf Clipper-/Slicer-Ebenen (Skalar- und Vektorfelder)
    • Graphische Darstellung von Stromlinien sowie Stromlinienanimation
  2. Basisangaben für die Generierung der RFEM-/RSTAB-Lastfälle

    Eingabe

    Für die Modellierung der Körper in RWIND Simulation gibt es in RFEM/RSTAB eine spezielle Schnittstellenanwendung. In dieser Anwendung werden die zu analysierenden Windrichtungen über bezogene Winkelstellungen um die vertikale Modellachse definiert und das höhenabhängige Windprofil auf Basis einer Windnorm festgelegt. Aus diesen Angaben ergeben sich unter Zuhilfenahme von Fluidparametern, Turbulenzmodelleigenschaften und Iterationsparameter, die alle global hinterlegt sind, je Winkelstellung eigene Lastfälle. Diese Lastfälle sind durch partielle Editierung in der Umgebung von RWIND Simulation mit Gelände- oder Umgebungsmodellen aus STL-Vektorgrafiken erweiterbar.

    Alternativ kann das Programm RWIND Simulation auch manuell ohne die Schnittstellenanwendung in RFEM/RSTAB betrieben werden. In diesem Fall werden die Körper und Geländeumgebung in RWIND Simulation direkt über einen Vektorgrafikimport aus einer STL-Datei modelliert. Das höhenabhängige Windprofil und weitere strömungsmechanischen Daten sind in RWIND Simulation direkt definierbar.

  3. Berücksichtigung von Geländemodellen in RWIND Simulation | © www.sta-con.cz

    Berechnung

    Das Programm RWIND Simulation simuliert die definierten Körper mit ihrer Umgebung in einem numerischen Windkanal auf Basis eines über die Höhe variablen Windprofils.

    Dazu wird im 3D-Raum von RWIND Simulation ein frei spezifizierbarer, quaderförmiger Windkanalbereich mit einem Einströmbereich und an der gegenüberliegenden Seite einem Ausströmbereich um die definierten Körper festgelegt. Am Einströmbereich ist das höhenabhängige Windprofil angesetzt.

    Zur Diskretisierung der starren Körperoberfläche spannt das Programm im Standardfall ein „Shrink-wrap“ Netz auf die Körper. Dieses Netz wirkt wie eine „luftdichte“ Haut und stellt sicher, dass die Aerodynamik der Körper durch keine strömungsverändernden Lücken im Ursprungsmodell beeinflusst wird. Die Erhaltungsgleichungen zur Ermittlung der 3D-Windströmung um die Körper diskretisiert das Programm mit einem adaptiven, zu den Körpern immer kleiner werdenden Volumennetz. Auf Basis dieser Vernetzung löst das Programm das definierte Strömungsproblem für die gegebene Windkanalausrichtung über die Finite-Volumen-Methode (FVM) mit dem freien Berechnungskern OpenFOAM.

  4. Ausgabe der Lastverteilung in RFEM

    Ausgabe

    Mit Start der Analyse in dem Schnittstellenprogramm läuft ein Stapelverarbeitungsprozess an, der sämtliche Stab-, Flächen- und Volumendefinitionen des RFEM-/RSTAB-Modells jeweils gedreht mit allen relevanten Beiwerten in den numerischen Windkanal von RWIND Simulation stellt, das Modell analysiert und die resultierenden Oberflächendrücke als FE-Netzknotenlasten bzw. Stablasten in die jeweiligen Lastfälle in RFEM/RSTAB wieder zurückgibt. Diese mit RWIND-Simulation-Lasten versehenen Lastfälle sind berechenbar und können mit anderen Lasten in Lastkombinationen und Ergebniskombinationen kombiniert werden. 

    Neben diesen resultierenden Lastfällen in RFEM/RSTAB ergeben sich aus der Aerodynamikbetrachtung in RWIND Simulation weitere Ergebnisse, die das Strömungsproblem als Gesamtes darstellen:

    • Druck auf Körperoberfläche 
    • Druckfeld um Körpergeometrie
    • Geschwindigkeitsfeld um Körpergeometrie
    • Geschwindigkeitsvektoren um Körpergeometrie
    • Stromlinien um Körpergeometrie
    • Kräfte auf stabförmige Körper, die ursprünglich aus Stabelementen generiert wurden
    • Konvergenzdiagramm
    • Richtung und Größe des Strömungswiderstands der definierten Körper

    Diese Ergebnisse werden in der Umgebung von RWIND Simulation dargestellt und grafisch ausgewertet. Da die Strömungsergebnisse um die Körpergeometrie in der Gesamtdarstellung unübersichtlich sind, werden hier zur Analyse frei verschiebbare Schnittebenen zur separaten Darstellung der „Volumenergebnisse“ in einer Ebene ausgegeben. Entsprechend wird bei dem 3D-verzweigten Stromlinienergebnis neben einer statischen Darstellung auch eine animierte Darstellung in Form von bewegten Linien oder Partikel ausgegeben. Diese Option hilft, die Windströmung als dynamische Wirkung darzustellen.

    Sämtliche Ergebnisse sind als Bild oder speziell für die animierten Ergebnisse als Video exportierbar.

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