Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Schritte bei der Entwicklung eines Validierungsbeispiels für die CFD-Simulation erläutert, von der Auswahl eines geeigneten physikalischen Szenarios bis zur Analyse und dem Vergleich der Ergebnisse. Bei sorgfältiger Einhaltung dieser Schritte können sowohl Ingenieure als auch Experten in Forschung und Entwicklung die Glaubwürdigkeit ihrer CFD-Modelle erhöhen und so den Weg für deren effektiven Einsatz in verschiedenen Bereichen wie der Aerodynamik, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Umwelttechnik ebnen.
CFD-Berechnungen sind im Allgemeinen sehr komplex. Die genaue Berechnung von Windströmungen um komplizierte Strukturen herum ist sehr rechen- und zeitintensiv. In vielen bautechnischen Anwendungen wird eine hohe Genauigkeit nicht benötigt; in solchen Fällen ermöglicht es unser CFD-Programm RWIND 2, das Modell der Struktur zu vereinfachen und so die Kosten erheblich zu reduzieren. In diesem Beitrag werden einige Fragen zur Vereinfachung beantwortet.
Die Größe des Rechengebiets (Windkanalgröße) ist ein wichtiger Aspekt in der Windsimulation, der einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit sowie die Kosten von CFD-Simulationen hat.
Ein Berechnungsabbruch wegen eines instabilen Systems kann verschiedene Gründe haben. Einerseits kann er auf eine "reelle" Instabilität auf Grund einer Überlastung des Systems hinweisen, anderseits können jedoch auch Modellierungsungenauigkeiten für diese Fehlermeldung verantwortlich sein.
In RFEM und RSTAB stehen dem Anwender viele Schnittstellen zur Verfügung, welche die Modellierung der Struktur vereinfachen können. Von einer in den Hintergrund gelegten DXF-Folie über den Import von IFC-Objekten, welche sich in Stäbe oder Flächen konvertieren lassen, bis hin zum Import des gesamten statischen Systems aus Revit oder Tekla. Unabhängig von der Leistungsfähigkeit der gewählten Schnittstelle hängt die weitere Verwendbarkeit auch von der Genauigkeit der importierten Daten ab.
Um Ungenauigkeiten bezüglich der Lage von Massen in einem Antwortspektrenverfahren zu berücksichtigen, geben die Normen zur Erdbebenbemessung Regeln vor, welche sowohl im vereinfachten als auch im multimodalen Antwortspektrenverfahren angewendet werden müssen. Diese Regeln beschreiben folgende generelle Vorgehensweise: die Geschossmasse soll um eine gewisse Exzentrizität verschoben werden, woraus ein Torsionsmoment resultiert.
Hin und wieder kommt es vor, dass neben geraden Trägern auch gebogene oder sogar ringförmige Träger in RSTAB berechnet beziehungsweise bemessen werden müssen. Dazu gibt es unter "Extras" -> "Modell generieren" das Werkzeug "Kreis". Mit dessen Hilfe ist es möglich, entweder Vollkreise oder Teilkreise zu erzeugen. Der wichtigste Parameter ist hier die Anzahl der neuen Knoten, denn darüber wird die Genauigkeit der Ergebnisse gesteuert.
Bei der Zusammenarbeit von Planer und Konstrukteur wird bei fehlender direkter Schnittstelle oft das DXF-Format verwendet. Allerdings sind die Geometriedaten dieser DXF-Dateien nicht immer genau. So macht sich beim Entwurf eine Ungenauigkeit in der dritten Nachkommastelle nicht bemerkbar, kann aber beim Erzeugen des FE-Netzes in RFEM zu numerischen Problemen führen.