Sowohl RFEM als auch RSTAB verfügen über eine Schnittstelle, mit der sich Modelle nach RWIND exportieren lassen. Dort kann der Wind in Bezug auf Geschwindigkeit und Turbulenz entweder in tabellarischer Form oder noch praktischer auf der Grundlage einer Windnorm-Spezifikation definiert werden.
Wenn Sie RWIND manuell ausführen, ist keine Schnittstelle zu RFEM oder RSTAB erforderlich. Sie können die höhenabhängige Windlast und andere strömungsmechanische Daten dann direkt in RWIND definieren. Darüber hinaus können Sie Strukturen und Geländestrukturen direkt modellieren, indem Sie VTP-, STL-, OBJ- und IFC-Dateien importieren.
Dieser Artikel zeigt, wie man mit RWIND 2 als Erweiterung zu RFEM 6 Windlasten generiert, um damit vollständige statische Berechnungen und Bemessungen durchzuführen.
Praxisbeispiel
Die in diesem Beispiel verwendete Struktur ist ein Stadiondach aus Membranen, wie in Bild 1 dargestellt. Da die Struktur bereits in RFEM 6 modelliert wurde und die Lastfälle für die Dauer-, Vorspannungs- und Nutzlasten definiert sind, muss ein separater Lastfall für die Windlast erstellt werden.
Es ist wichtig zu betonen, dass bei der Formfindung die entsprechende Form als Anfangszustand in der Windanalyse berücksichtigt werden muss. Auf diese Weise werden falsche Geometrien der Flächen im Windkanal vermieden.
Zunächst muss in den Basisdaten des Modells sichergestellt werden, dass die Windsimulation als Add-on für spezielle Lösungen aktiviert ist (Bild 2). Dadurch ist es möglich, die Windsimulation als Analysetyp für den Windlastfall auszuwählen, wie in Bild 3 dargestellt.
Es stehen nun zwei neue Register zur Verfügung. In der Windsimulation (Bild 4) kann das Modell in einem numerischen Windkanal verwendet werden. Dabei wird das Windmedium auf der Grundlage der Einstellungen für die Windsimulationsanalyse, der Windrichtung um die Z-Achse (im Uhrzeigersinn), des Geländeversatzes und des Windprofils selbst definiert. Sie können ein Windprofil gemäß dem bevorzugten Standard verwenden oder es selbst definieren, wie in Bild 5 dargestellt.
Um die Einstellungen für die Windsimulationsanalyse festzulegen, wählen Sie das Symbol "Neue Einstellungen für Windsimulation erstellen" aus, wie in Bild 4 dargestellt, und geben Sie Strömungsparameter, Berechnungsparameter und andere Optionen ein (Bild 6).
Die Abmessungen des Windkanals werden automatisch entsprechend der ausgewählten Norm definiert. Sie werden auf der Registerkarte "Windkanal" angezeigt, wie in Bild 7 dargestellt.
Nachdem Sie die Eingabedaten in Bezug auf die Einstellungen für die Windsimulation und den Windkanal definiert haben, können Sie nun mit der Berechnung der Windlast beginnen. Dies ist ein zweistufiger Prozess, der im folgenden Absatz erläutert wird.
Zunächst wird im Hintergrund ein Batch-Prozess gestartet, der das Modell in den numerischen Windkanal von RWIND einfügt. Anschließend wird eine CFD-Analyse initiiert. Sobald die Simulation abgeschlossen ist, werden die resultierenden Flächenbelastungen für einen ausgewählten Zeitschritt als FE-Knotenlasten oder Stablasten in die jeweiligen Lastfälle von RFEM oder RSTAB zurückgeführt.
Sie können die Windsimulation auch separat über das Symbol "Windsimulation berechnen" in Bild 4 initialisieren.
Berechnung und Ergebnisse
Wie bereits erwähnt, verwendet RWIND ein numerisches CFD-Modell, um Windströmungen um Objekte herum mithilfe eines digitalen Windkanals zu simulieren. Der Simulationsprozess basiert auf einem 3D-Volumennetz und ermittelt anhand des Strömungsergebnisses um das Modell herum spezifische Windlasten auf den Modelloberflächen.
Sie können die Windströmungen mit dem Basisprogramm (RWIND Basic) oder dem Profiprogramm (RWIND Pro) berechnen. Das erstere bietet einen stationären Solver, während das andere sowohl einen stationären als auch einen transienten Solver enthält. Das Basisprogramm verwendet die Turbulenzmodelle RAS k-ω und RAS k-ε, während das LES SpalartAllmarasDDES-Turbulenzmodell eine Funktion des Profiprogramms (RWIND Pro) ist.
Daher simuliert das Programm die Windströmung, indem es das Druckfeld, das Geschwindigkeitsfeld und das Turbulenzfeld um die Geometrie der Struktur sowie die Geschwindigkeitsvektoren und Strömungslinien um die Geometrie der Struktur bestimmt. Der Flächendruck und die Cp-Koeffizienten der Fläche werden ebenfalls berechnet (Bild 8).
Die oben genannten Ergebnisse können für frei definierbare Zonen sowohl als Bilder als auch als Videos grafisch dargestellt werden. Zur besseren Auswertung bietet RWIND frei verschiebbare Schnittebenen, mit denen sich die Ergebnisse der Festkörper getrennt in einer Ebene darstellen lassen (Bilder 9, 10 und 11).
Es ist ebenfalls möglich, das 3D-Ergebnis von Strömungslinien in Form von animierten Liniensegmenten oder Partikeln darzustellen. Dadurch wird die Windströmung als dynamischer Effekt sichtbar. Darüber hinaus können Sie die Ergebnisse als Bild oder Video exportieren, was insbesondere für animierte Ergebnisse sinnvoll ist.
Nach Durchführung der CFD-Analyse werden die resultierenden Flächendrücke für einen ausgewählten Zeitschritt automatisch als Knoten- oder Stablasten des FE-Netzes in die entsprechenden RFEM- (oder RSTAB-) Lastfälle übernommen. Anschließend werden diese Lastfälle berechnet, wodurch sich Schnittgrößen, Verformungen, Spannungen usw. ergeben, wie in Bild 12 dargestellt.
Die mit RWIND erzeugte Windlastverteilung enthält Lastfälle, die mit anderen Lasten zu Last- und Ergebniskombinationen kombiniert werden können. So können sie für weitere Berechnungen und Bemessungen verwendet werden.
